DEFINIÇÕESConhecer o TWR máximo de um foguete é essencial para sabermos se ele irá ou não decolar com sucesso. Abreviação para thurst to weight ratio, é a razão entre força de propulsão gerada pelo motor (FT) e força peso (FG) do foguete inteiro. Força peso pode ser descrita como o produto da massa do corpo pela aceleração da gravidade (FG = m . g), portanto podemos escrever TWR como a força de propulsão do motor dividida pela massa total do foguete (m) e a aceleração da gravidade local (g). É uma grandeza adimensional.
Quando o motor de um foguete é acionado na plataforma de decolagem há duas forças agindo sobre ele: a força de propulsão do motor (FT) e a força peso (FG) do foguete, uma oposta à outra (para este exemplo vamos desconsiderar outra força importante, que age quando o foguete se desloca em uma atmosfera: a força de arrasto). Quando a força de propulsão for maior o foguete será acelerado para cima sob a ação da força resultante (F). Neste caso temos TWR > 1. Por outro lado, quando a força de propulsão for menor que a força peso o foguete será acelerado para baixo sob a ação de uma força resultante (F) que aponta para baixo. Neste caso temos TWR < 1.
Quando em voo com trajetória vertical em relação à superfície do astro ocorre o mesmo. Quando TWR > 1 o foguete acelera para cima e quando TWR < 1 o foguete acelera para baixo, mesmo que esteja com o motor ligado e apontado para cima. Quando o TWR = 1 ocorre uma situação em que força de propulsão se iguala à força peso e o foguete não sofre nenhuma aceleração.
Aviões são aeronaves que, diferentemente de foguetes, conseguem subir e se manter no ar mesmo que usem motores com TWR menor que 1. Isso ocorre porque a força de sustentação que faz o avião voar é gerada pelas asas, não pelo motor. Mas a relação de forças que atuam na asa é a mesma: a asa gera uma força de sustentação para cima que deve ser maior que a força peso do avião.
Fatores que influenciam o valor do TWR
Para verificar se o foguete é capaz de acelerar no sentido de ganhar altitude, ou seja, se é capaz de subir, a relação que importa é a da componente vertical da força de propulsão com a força peso no local. Os fatores que influenciam essa razão são os seguintes.
Massa do foguete (m): Conforme o motor queima a quantidade de combustível estocado no foguete diminui. Do mesmo modo, liberar um estágio faz o foguete ficar mais leve, contribuindo para aumentar o TWR.
Aceleração da gravidade (g): A gravidade varia conforme o foguete se desloca, sendo maior na superfície do astro e diminuindo com a altura. Quanto maior a altitude do foguete, menor a gravidade e maior o TWR.
Throttle: O controle de pressão de combustível, ou throttle, regula o fluxo de combustível para o motor, alterando a potência efetiva. Aumentar o throttle aumenta a força de propulsão gerada e aumenta o TWR, assim como diminuir o throttle diminui o TWR.
Pressão atmosférica: A eficiência dos motores depende da pressão atmosférica. No vácuo o motor tem eficiência máxima e na atmosfera a eficiência diminui conforme aumenta a pressão. Quanto menor for a pressão atmosférica maior será a força de propulsão gerada para um mesmo ajuste de throttle, aumentando o TWR.
Atitude (orientação) do motor: O vetor da força peso tem direção vertical e sentido para o centro de massa do astro, mas a direção e sentido da força de propulsão gerada é variável e depende de para onde o motor "aponta". Quando o vetor da força de propulsão faz ângulo de 180º com o vetor da força peso se consegue o TWR máximo. Quanto menor for esse ângulo menor será o TWR.
APLICAÇÃO NO KSP
Cada motor tem a força de propulsão máxima que é capaz de gerar. Na superfície de Kerbin a aceleração da gravidade é 9,8m/s2. Portanto, para montarmos um foguete que consiga decolar precisamos verificar qual a massa total do foguete em toneladas e aplicar a fórmula para o cálculo do TWR máximo, que deverá ser maior de 1. Para decolagem de qualquer outro astro devemos substituir o valor 9,8m/s2 pelo referente à aceleração da gravidade na superfície desse astro.
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