ماكس كيو

الحد الأقصى للضغط الديناميكي هو النقطة التي تصل عندها رحلة المركبة الفضائية الجوية إلى الحد الأقصى للفرق بين الضغط الكلي لديناميكيات السوائل والضغط الساكن المحيط . بالنسبة للطائرة ، يحدث هذا عند أقصى سرعة عند زاوية الارتفاع الأدنى لغلاف الرحلة . بالنسبة لإطلاق مركبة فضائية ، يحدث هذا عند نقطة التقاطع بين الضغط الديناميكي المتزايد مع السرعة والضغط الساكن المتناقص مع زيادة الارتفاع. هذا عامل تصميم مهم للمركبات الفضائية، حيث أن الحمل الهيكلي الديناميكي الهوائي على المركبة يتناسب مع الضغط الديناميكي.

يتم تعريف الضغط الديناميكي q في ديناميكا الموائع غير القابلة للانضغاط على النحو التالي: حيث ρ هي كثافة الهواء المحلية ، و v هي سرعة السيارة . يمكن اعتبار الضغط الديناميكي بمثابة كثافة الطاقة الحركية للهواء بالنسبة للسيارة، وبالنسبة للتدفق غير القابل للانضغاط يساوي الفرق بين الضغط الكلي والضغط الساكن . تظهر هذه الكمية بشكل ملحوظ في معادلات الرفع والسحب . $${\displaystyle q={\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}}$$

بالنسبة لسيارة تسير بسرعة 56 ميلاً في الساعة (90 كم / ساعة) عند مستوى سطح البحر (حيث تبلغ كثافة الهواء حوالي 0.0765 رطل لكل قدم مكعب (1.225 كجم / م ³ )، ^[1] فإن الضغط الديناميكي على مقدمة السيارة هو 0.0555 رطل لكل بوصة مربعة (3.83 هيكتوباسكال)، حوالي 0.38٪ من الضغط الساكن (14.696 رطل لكل بوصة مربعة (1013.3 هيكتوباسكال) عند مستوى سطح البحر).

بالنسبة لطائرة ركاب تحلق بسرعة 755 قدمًا في الثانية (828 كم / ساعة) على ارتفاع 33000 قدم (10 كم) (حيث تكون كثافة الهواء حوالي 0.0258 رطل لكل قدم مكعب (0.413 كجم / م ³ ))، فإن الضغط الديناميكي على مقدمة الطائرة هو 1.586 رطل لكل بوصة مربعة (109.4 هيكتوباسكال)، حوالي 41٪ من الضغط الساكن (3.84 رطل لكل بوصة مربعة (265 هيكتوباسكال)).

بالنسبة لإطلاق مركبة فضائية من الأرض، يكون الضغط الديناميكي هو:

• صفر عند الإقلاع، عندما تكون كثافة الهواء ρ عالية ولكن سرعة السيارة v = 0؛
• صفر خارج الغلاف الجوي، حيث تكون السرعة v عالية، ولكن كثافة الهواء ρ = 0؛
• غير سلبي دائمًا، نظرًا للكميات المعنية.

أثناء الانطلاق، تزداد سرعة المركبة ولكن كثافة الهواء تقل مع ارتفاع المركبة. لذلك، وفقًا لنظرية رول ، توجد نقطة يكون فيها الضغط الديناميكي هو الحد الأقصى.

بعبارة أخرى، قبل الوصول إلى الحد الأقصى q ، تكون زيادة الضغط الديناميكي بسبب زيادة السرعة أكبر من انخفاض الضغط الديناميكي بسبب انخفاض كثافة الهواء بحيث يستمر الضغط الديناميكي الصافي (الطاقة الحركية المعاكسة) المؤثر على المركبة في الزيادة. بعد تجاوز الحد الأقصى q ، يكون العكس صحيحًا. ينخفض ​​الضغط الديناميكي الصافي المؤثر ضد المركبة بشكل أسرع مع انخفاض كثافة الهواء مع الارتفاع مقارنة بزيادته من زيادة السرعة، ليصل في النهاية إلى 0 عندما تصبح كثافة الهواء صفرًا.

هذه القيمة مهمة، لأنها أحد القيود التي تحدد الحمل الهيكلي الذي يجب أن تتحمله المركبة. بالنسبة للعديد من المركبات، إذا تم إطلاقها بأقصى سرعة، فإن القوى الديناميكية الهوائية ستكون أعلى مما يمكنها تحمله. لهذا السبب، غالبًا ما يتم خفض السرعة قبل الاقتراب من الحد الأقصى ثم زيادتها مرة أخرى بعد ذلك، لتقليل السرعة وبالتالي الحد الأقصى للضغط الديناميكي الذي تواجهه أثناء الرحلة.

على سبيل المثال، أثناء إطلاق مكوك فضائي عادي ، حدثت قيمة q القصوى البالغة 0.32 ضغط جوي على ارتفاع حوالي 11 كم (36000 قدم)، بعد حوالي دقيقة واحدة من الإطلاق. ^{[2] تم خنق} محركات المكوك الفضائي الرئيسية الثلاثة مرة أخرى إلى حوالي 65-72٪ من دفعها المقدر (حسب الحمولة) مع اقتراب الضغط الديناميكي من max q . ^[3] جنبًا إلى جنب مع تصميم حبيبات الوقود لمعززات الصواريخ الصلبة ، والذي قلل من الدفع عند max q بمقدار الثلث بعد 50 ثانية من الاحتراق، تم الحفاظ على الضغوط الكلية على المركبة عند مستوى آمن.

خلال مهمة أبولو النموذجية ، حدث الحد الأقصى q (أيضًا أكثر بقليل من 0.3 غلاف جوي) بين 13 و14 كيلومترًا (43000-46000 قدم) من الارتفاع؛ ^{[4] [5]} تحدث نفس القيم تقريبًا لـ SpaceX Falcon 9. [ ^6]

نقطة الحد الأقصى هي معلم رئيسي أثناء إطلاق مركبة فضائية، حيث إنها النقطة التي يتعرض فيها هيكل الطائرة لأقصى قدر من الضغط الميكانيكي.

• مفردة براندتل-جلاورت
• قانون الغاز المثالي
• دوران الجاذبية
• فقدان الجاذبية
• السرعة الجوية المكافئة - الحد الأقصى للسرعة الجوية للمركبة الفضائية يتوافق مع الحد الأقصى للسرعة الجوية المكافئة للطائرة