DanilovV>А почему ракеты просто с земли никто не запускает, без направляющих.
А почему снайперские винтовки делают с длинным стволом? Ведь из пистолета пуля тоже вылетает? Но прицельная дальность пистолета - дай Бог - 30 м, а снайперской винтовки (пусть меня поправят) уж никак не меньше пары километров.
DanilovV>На последних запусках я очень внимательно следил за пусковой установкой и никаких попыток ракеты улететь на старте вбок незаметил.
При присутствии направляющей? Если да, то потому, что направляющая НАПРАВЛЯЕТ ракету.
При старте на ракету действуют следующие силы:
1) Сила тяжести (вниз).
2) Сила тяги (вверх при вертикальном пуске) или вперед (я, например, обожал пускать ракеты под углом к горизонту).
3) Аэродинамическое сопротивление. Эта сила тем больше, чем больше скорость. Причем сначала в квадратичной зависимости, потом в кубической.
Определение устойчивой системы - в устойчивой системе небольшое отклонение от состояния равновесия приведет к затухающим колебаниям вокруг положения равновесия.
Определение неустойчивой системы: в устойчивой системе небольшое отклонения от состояния равновесия приведет к дальнейшему отклонения от состояния равновесия.
Если рассматривать систему неуправляемая ракеты-Земля, то такая система является принципиально неустойчивой. Поставте ракету на палец и посмотрите, что получится. В случае, если тяга двигателя соответствует весу ракеты у Вас будет именно такая ситуация.
Не говорите мне - А я, вот, видел как стартовала ракета Фау-2, так вот она танцевала на хвосте а потом пошла вверх. Потому, что ракета Фау-2, как и огромное кол-во других ракет, является УПРАВЛЯЕМОЙ РАКЕТОЙ. Там стоит куча прибором, которые отслеживают отклонение ракеты от заданной траектории, потом высчитывают необходимое корректирующее воздействие, потом передают на управляющие механизмы и в конце концов вызывают физическое воздействие на ракету, которое возвращают ее на нужную траекторию.
В случае неуправляемой ракеты единственным стабилизирующим (возвращающим ракету к какой-то более-менее нормальной траектории) устройством являются аэродинамические плоскости, они же стабилизаторы. Но на маленькой скорости они не работают. И чем быстрее ракета разгонится до минимальной скорости - тем быстрее ее траектория станет устойчивой.
Если ракета стартует с совсем маленьким ускорением (медленно набирает скорость), она может достичь наклона траектории >90 градусов, иными словами - зарулит в землю :ph34r: - раньше, чем достигнет скорости, необходимой для эффективной работы стабилизаторов.
Если ракета стартует с средним ускорением - ее может повести в сторону, но стабилизаторы уже работают - ее начнет разворачивать обратно - но она проскочит момент равновесия и ее начнет разворачивать в другую сторону - но стабилизаторы уже работают - ее начнет разворачивать назад - короче - пойдет змейкой
. ОЧЕНЬ ВАЖНО, что в такой ситуации ракета имеет большое лобовое сопротивление - по сути - площадь ее сечения будет равна площади боковой проекции умноженой на sin угла между осью ракеты и направлением полета. Энергия двигателей будет тратится не только на разгон ракеты, а и на преодоление этого аэродинамического сопротивления. У меня есть запись пуска этой зимой - МРД 20-10-4 так ракета, которая обычно летала метров на 700-1200 пролетела всего метров триста, потому, что пошла на ветер (это, кстати, тложе важно) и начала петлять вокруг состояния равновесия.
А еще важно, что направление полета такой ракеты непрогнозируемо!!! У меня был случай, когда мы пускали ракету на МРД с направляющей, кольца обовались перед пуском, и мы решили поставить ее на снег. Поставили, кое-как подключили зажигание, Пуск, и... Ракета после старта (а МРД тоже не сразу выходит на режим) начинает описывать циркуляцию, и разворачивается в сторону жилых домов :ph34r: ... Слава Богу, что она развернулась только на 80 градусов (мой знакомый утверждает, что ракета сделала полный круг а потом еще чуть-чуть, т.е. 360+80) и пошла ровно паралельно домам. На ракете была маленькая магниевая боеголовочка, по звуку которой мы определяли дальность. Мы как-то посчитали, что ракета массой 80-100 грамм после разгона двигателем МРД 20-10-4 имеет энергию, сопоставимую с энергией пули, выпущенной из трехлинейной винтовки. Представте себе, что может наделать такая ракета.
С тех пор я выезжаю пускать ракеты даже на МРД 20 далеко за город...
И только если ракета стартует с достаточным ускорением и быстро достигает скорости, когда стабилизаторы уже работают (иногда еще на направляющей), только тогда есть шанс, что ракета пойдет ровно. И то, если не будет ветра, звезды будут стоять соответствующим образом, и т.д.
Еще одним фактором, влияющим на устойчивость ракет является отклонение вектора тяги от направления на центр масс ракеты. Если вектор тяги ПРОХОДИТ через центр масс модели, то модель полетит ПО ВЕКТОРУ ТЯГИ до тех пор, пока на нее не будет сильно действовать аэродинамика. Если вектор тяги не проходит через центр масс ракеты - ракету заведомо начнет крутить в сторону, противоположную той, в которую будет смотреть вектор тяги. Причем крутить и тащить по траектории одновременно, пропорционально проекциям вектора тяги на плоскости (опять sin, cos угла выплывает), перпендикулярные и паралельные оси ракеты ... Короче, это меня уже понесло. Нутро инженера-физика дает о себе знать
. Самое важное я уже сказал.
Нужно помнить, что ДЫРКА, а не профилированное сопло НЕ ЯВЛЯЕТСЯ выходным устройством, в котором тяга направлена строго по оси двигателя. Да и в сопле, при отрыве потока газов до среза сопла, вектор тяги тоже будет гулять.
Так что - один выход - длинная направляющая и хорошое ускорение.
А также - активная система управления, но об этом - в следующих главах
.
DanilovV>Правда движки я использовал МРД.
По моему опыту ракеты на МРД, для ракеты массой 100 грамм (опять таки в зависимости от распределения масс в ракете) нужна направляющая около метра. Но у меня всегда в носовой части грузик - грамм 30-40. И вектор тяги у двигателя гуляет как хочет - при старте без направляющей ракета со старта может пойти вбок или кувырком.
Однозначные рекомендации - центр тяжести как можно дальше в нос, центр давления (а равно как и стабилизаторы, конусные поверхности, прочие наружные элементы) как можно больша назад.
Кстати у Ujin'а - очень хороший пример компоновки ракеты. Для дозвука лучше стабилизаторы сделать более классическими (трапецевидными) - он их сделал стреловидными для лучших достижения характеристик на сверхзвуке.
А еще можно ракету раскрутить вокруг вертикальной оси - за счет появления кориолисовых сил ракета будет слегка стабилизироваться вокруг оси - она пойдет по спирали. Но с этом тоже лучше не переусердствовать.