Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

Брат-2> стабилизатор для водяной ракеты гармонично смотрится именно из пластика от бутылки.
Полностью согласен. Тем более, что для начала необходима максимальная простота.
В качестве наполнителя предполагаю использовать пластик от коробок для DVD с фильмами. Он гибкий, легкий и прекрасно режется ножницами или ножом с отламывающимися лезвиями. О скреплении открытых торцов тоже думал и тоже в первую очередь подумал о скрепках.
Крепление защелкивающимся конусом кажется удобным.
А зовут меня - Михаил.

Брат-2>> Мне кажется, что твой показатель КПДО ни о чем!
PopovIgor> Александр, ты, к сожалению, глубоко заблуждаешься!
Вставлю свои пять копеек...
Игорь прав в том, что КПДО - мера эффективности конструкции. Эффективностью пренебрегать нельзя из принципиальных соображений. Тем-более, что большинство участников пытается дотянуться до рекордов. Если потеря эффективности (прирост массы) лежит в пределах массы балласта, то ухудшаются только параметры устойчивости. Если превышает - то снижаются все предельные показатели.
Александр прав в том, что напрямую можно сравнивать только КПДО конструкций рассчитанных на одинаковое давление. Я бы еще добавил - и с одинаковым Сх. В конце - концов на разгон избыточной массы мы тратим дополнительную энергию. Если прирост энергии происходит быстрее прироста массы, то конструкция становится более эффективной несмотря на снижение КПДО.
Поэтому при расчете КПДО упрочненных конструкций учет предельного давления необходим.

Придираться легче, чем формулировать, но в данном случае - придираюсь.

PopovIgor> К = Мт/Мк ... Мт — масса топлива.Мк — масса конструкции ракеты.
...
PopovIgor> К=а*V/Мдв [л/кг],

То ли масса в литрах, то ли объем в килограммах, то ли плотность "в уме", то ли где-то процессор глючит.

Gematogen> Кто-нибудь пытался учесть влияние бокового ветра и отклонения от нормали при запуске?
В первую очередь определяется т.н. центровкой ракеты - расстоянием от ЦТ до ЦБС.
(центр тяжести, центр бокового сопротивления - см.книжку Всеволода Канаева "Ключ на старт")

Естественно, у "правильной" ракеты ЦТ выше ЦБС, отчего ракета поворачивается против ветра.
Вот как здесь.
Расчет поворачивающего момента - по формулам обтекания цилиндра, плюс влияние перьев стабилизатора.

У "совсем правильной" одноступенчатой водяной ракеты на этапе разгона (двигатель дает тягу) ЦТ должен "проходить участок" от "ниже ЦБС" до "выше ЦБС", когда ракета "тяжелая" (большой момент инерции) и останавливаться примерно в одном калибре выше ЦТ, чтобы поворачивающий момент от ветра не был слишком большим.
В результате "совсем правильная" ракета типа "Альбатрос-2" стартует практически вертикально при ветре 5-8 м/с, а потом на парашюте ее относит чуть ли не на 200 метров.

Gematogen> Высылаю повторно. Убрал все листы кроме одного. Формулы из 50 строки (обрезал для минимизации размера) надо протянуть примерно до 850 строки. Это позволит рассчитать около 7 секунд полета.
Все открылось. Растянул.
Отлично! Нет слов!
С водой более-менее понятно.
А вот с пневмовыхлопом - нет. Впечатляет прирост скорости - 11,5 м/с !!! при массе воздуха всего 6,7 г. Не разобрался с методикой расчета.
Не очень понятны забитые формулы в Exel, не очень хорошо его знаю.
Одно маленькое непринципиальное замечание.
Столбец А. Торможение начинается с 127 строки, при равенстве F сопр. и F тяги. Т.е. при остаточном 0,6 атм, а не с 136 строки. Это и есть оптимальный момент разделения ступеней. Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [PopovIgor#20.02.12 09:40]
Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [PopovIgor#17.02.12 07:05]

Отличная работа, Михаил!

Ckona> ...то ли плотность "в уме"...
Именно.
PopovIgor>> Мт - это а*V !!! (для воды с ее плотностью 1 кг/л), где V - объем двигателя, а - оптимальный коэф. заполнения.

Ckona> Придираться легче, чем формулировать, но в данном случае - придираюсь.
PopovIgor>> К = Мт/Мк ... Мт — масса топлива.Мк — масса конструкции ракеты.
Ckona> ...
PopovIgor>> К=а*V/Мдв [л/кг],
Ckona> То ли масса в литрах, то ли объем в килограммах, то ли плотность "в уме", то ли где-то процессор глючит.
Конечно, придираться легче!
Мт - это а*V !!! (для воды с ее плотностью 1 кг/л), где V - объем двигателя, а - оптимальный коэф. заполнения.
Где здесь знак равенства? Я что пишу Мт=аV???
Или размерность в этом случае К=аV/М дв не л/кг??? Я просто пытался объяснить аналогию, что КПДО придуман не на пустом месте, а имеет определенный физический смысл. Воды в принципе в двигатель можно залить по разному - от одной капли до полного объема. И К будет все время разный. Гораздо проще и нагляднее увязать объем двигателя с его массой.
А "настоящий" К - величина, естественно, безразмерная.

PopovIgor> Я что пишу Мт=аV???
Сначала ты пишешь, что Мт - это масса, ниже это произведение коэффициента заполнения на объем (литры), потом отношение двух масс измеряется в литрах на килограмм.
Нужно найти место и вставить в формулы плотность воды [кГ/куб.м].

PopovIgor> Или размерность К=аV/М дв не л/кг???
У тебя определено:
К = Мт/Мк как отношение двух масс. К - безразмерный коэффициент.

Я не против твоих теоретических исследований, я против "каши" в текстах сообщений.

Ckona> Сначала ты пишешь, что Мт - это масса, ниже это произведение коэффициента заполнения на объем (литры), потом отношение двух масс измеряется в литрах на килограмм.
Не масс, а объема и массы.
Ckona> Нужно найти место и вставить в формулы плотность воды [кГ/куб.м]
Зачем?
PopovIgor>> Или размерность К=аV/М дв не л/кг???
Ckona> У тебя определено:
Это не я! Это Эдуардыч, с него спрашивай
Ckona> К = Мт/Мк как отношение двух масс. К - безразмерный коэффициент.
КПДО косвенно аналогичен К. Давай напишем так: V/М дв = 1/КПДО. Так устраивает?
Ckona> Я не против твоих теоретических исследований, я против "каши" в текстах сообщений.
И на том спасибо. А что до "каши", это как посмотреть.
В двигатель из двух бутылок по 1,5 л и массой 100 г я залью 2,9 л воды. К (соотношение масс)=29. Гораздо больше, чем у настоящих ракет. И скажу, что мой двигатель самый совершенный. Но разве я буду прав??
к=29. I=20 м/с. U в этом случае = 68 м/с. Но этого никогда не будет! Он даже не поднимется. Вот и спрашивается можно ли по этому параметру сравнить два двигателя?
Поэтому КПДО, по сути аналогичный К, более информативен и увязывает объем и массу. Потому как Мт напрямую зависит и от объема и пустой массы. Только и всего. А связав и давление, будет полная картина. Но единственное, Но. Это давление определишь только после того, как его (двигатель) разрушишь Поэтому, если ориентироваться на "стандартные" 7 атм, то и умножать на них не надо.

PopovIgor> С водой более-менее понятно.
PopovIgor> А вот с пневмовыхлопом - нет. Впечатляет прирост скорости - 11,5 м/с !!! при массе воздуха всего 6,7 г. Не разобрался с методикой расчета.
Я сам не уверен насчет расчета этой фазы. Применил абсолютно те же формулы, что и для воды. Думаю, что рост ускорения связан с минимальной массой ракеты. Ошибку найти не могу. Произведение массового расхода на скорость выброса практически не меняется.
PopovIgor> Не очень понятны забитые формулы в Exel, не очень хорошо его знаю.
Немного скорректировал формулы и добавил (для желающих) старт по внутренней направляющей. Прилагаю файл с пояснениями. Если будут вопросы по конкретным формулам - спрашивай, расскажу подробно как они работают.
PopovIgor> Одно маленькое непринципиальное замечание.
PopovIgor> Столбец А. Торможение начинается с 127 строки, при равенстве F сопр. и F тяги. Т.е. при остаточном 0,6 атм, а не с 136 строки. Это и есть оптимальный момент разделения ступеней.
Давай обсуждать на одном примере. А то я уже запутался на каких начальных данных эти цифры получены.

Для расчета двухступенчатой ракеты удобно скопировать лист два раза - на одном листе расчет второй ступени, на другом - первой и на третьем баллистический подъем второй ступени после отстыковки от первой. Если их грамотно обвязать формулами, то при любом изменении конечный результат будет корректно пересчитываться.

Оптимальным считаю разделение в момент, когда ускорение второй ступени превышает ускорение двух ступеней в сборе. Из-за того, что Сх первой ступени в моем случае выше, по инерции вторая ступень полетит лучше без первой. Но в начальной фазе пневмовыхлопа дополнительная тяга превышает потери на сопротивление. Баланс достигается при давлении около 0,7 атм. Этот момент удобно находить добавив в расчет первой ступени столбец для расчета ускорения второй ступени под действием только сопротивления воздуха при текущей скорости. Как ускорение второй ступени станет больше, так отцепляем первую.
Полный файл прислать не могу. Слишком здоровый.

Ckona> В первую очередь определяется т.н. центровкой ракеты - расстоянием от ЦТ до ЦБС.
Теоретически это понятно. Я про практический расчет.
Интересны потери. Они могут быть пренебрежимо малы. А может и нет.
С какой точностью надо устанавливать пусковую? 1 градус отклонения - это много или мало?
Просто мне кажется, что расчет слишком трудоемкий.

Gematogen> Я сам не уверен насчет расчета этой фазы. Применил абсолютно те же формулы, что и для воды. Думаю, что рост ускорения связан с минимальной массой ракеты. Ошибку найти не могу. Произведение массового расхода на скорость выброса практически не меняется.
Скорость истечения жидкости из сопла пневмогидравлической ракеты можно определить исходя из закона Бернулли : V = Sqrt(2P/плотн.). Условием применимости является несжимаемость жидкости и неразрывность потока. Поэтому применять данную формулу для газа, на мой взгляд, некорректно.
PopovIgor>> Не очень понятны забитые формулы в Exel, не очень хорошо его знаю.
Gematogen> Немного скорректировал формулы и добавил (для желающих) старт по внутренней направляющей. Прилагаю файл с пояснениями. Если будут вопросы по конкретным формулам - спрашивай, расскажу подробно как они работают.
Я обязательно все изучу, подробнее и внимательно. Чую, в силу своей необразованности, вопросы будут, ссылки, значки такие $ $ в формулах мне неведомы)))

Gematogen> Применил абсолютно те же формулы, что и для воды.

Gematogen !
Когда я "копал", то убедился в сильном отличии подхода и формул для расчета водяной и газовой тяги.
Результаты "копаний" - в этом сообщении:
Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [Ckona#16.02.12 00:38]

Впервые на этом форуме адекватно просчитал воздушную тягу NeutronS.
Вот результат его расчета:
Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [NeutronS#14.11.11 14:31]

и даже совмещенный график "его" расчетов и моих стендовых измерений:
Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [NeutronS#14.11.11 18:27]

Отличие "газ-жидкость" заключается в том, что газ сжимается, а вода - нет.
Соответственно, "водяные" формулы к газу неприменимы.

Gematogen> Полный файл прислать не могу. Слишком здоровый.
PopovIgor> Чую, в силу своей необразованности, вопросы будут
По приложенным файлам.
Например, столбец Е. Расчет по Бойллю-Мариотту для идеального газа РV=Const? Т.е. Р(t) = Po*(Vo – Vтопл(t))/Vo ?
=МАКС((G12/$G$2/D12-1)*100000;0) – честно не знаком с этим.

PopovIgor> значки такие $ $ в формулах мне неведомы
Эти значки фиксируют строку и столбец при протягивании формулы (фактически делают ссылку абсолютной). Можно фиксировать отдельно или строку или столбец. Последовательное нажатие F4 перебирает четыре возможных варианта.

Gematogen> Эти значки фиксируют строку и столбец при протягивании формулы (фактически делают ссылку абсолютной). Можно фиксировать отдельно или строку или столбец. Последовательное нажатие F4 перебирает четыре возможных варианта.
Буду читать мануал по Exel.
МИХМ и МВТУ почти рядом.
Я в Братеево, а ты где?

PopovIgor> =МАКС((G12/$G$2/D12-1)*100000;0) – честно не знаком с этим.

МАКС(x;y) - функция, которая выбирает максимальное значение из своих аргументов. В данном случае делает невозможным отрицательные значения.
G12 - текущая масса воздуха. Получена путем перевода избыточного давления из Па в атм и прибавления внешнего давления (+1). Затем все умножаем на плотность.
Разделив массу на плотность $G$2 (это абсолютная ссылка на ячейку) получаем объем несжатого газа.
Разделив результат на имеющийся объем D12 получаем давление внутри емкости в атм.
Отняв единицу (давление снаружи емкости) получаем избыточное давление.
Умножив на 100000 (округлил для удобства, в пределах погрешности манометра) переводим атм в Па.

Я в Матвеевском.

Ckona> Результаты "копаний" - в этом сообщении:
Ckona> Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок [Ckona#16.02.12 00:38]
Алексей! Поясни, пожалуйста, что такое (Р нач) в формуле определения "тау".

PopovIgor> Алексей! Поясни, пожалуйста, что такое (Р нач) в формуле определения "тау".
Давление воздуха в момент, когда "условно" вылетела вся вода.

В тексте там ошибка по скорости звука в критике. Ниже приведены графики.

PopovIgor>> Алексей! Поясни, пожалуйста, что такое (Р нач) в формуле определения "тау".
Ckona> Давление воздуха в момент, когда "условно" вылетела вся вода.
Ckona> В тексте там ошибка по скорости звука в критике. Ниже приведены графики.

Со скоростью звука понятно.
А вот с "тау" - нет. Ее размерность получается [с/атм].
И в следующей формуле определения t истечения, куда подставляется "тау" [1/атм] не пропадает?

Полностью подготовился к старту.
1-я ступень имеет собственный вес 780г, полный объем – 20л, планирую залить воды – 4,5л; 2-я ступень имеет вес – 270г, объем – 5л, воды – 1,5л; 3-я ступень имеет вес – 600г, объем – 4,5л, воды -1,2л. Рабочее стартовое давление в ступенях 6 атм.
По расчету должен достигнуть высоты 205,7м, то есть основная задача взять 200м!
Имеется парашют для спасения 1-й ступени диаметром 900мм, для спасения 2-й -500мм,
3-й – 900мм. Камера – МД-80, высотомер по схеме Serge77.

Брат-2> Полностью подготовился к старту.

Брат-2> По расчету должен достигнуть высоты 205,7м, то есть основная задача взять 200м!
Ждем результатов! Дай еще диаметры сопел. И диаметр 2-ой и 3-ей ступеней.

PopovIgor> Ждем результатов! Дай еще диаметры сопел. И диаметр 2-ой и 3-ей ступеней.

Диаметр 2-й ступени – 140мм, сопла-9мм; диаметр 3-й – 80мм, сопло -9мм.
Планирую, старт на выходные, жду погоды, могут подвести организационные вопросы, ну и размышляю, запускать с наращиванием ступеней или все сразу?

PopovIgor> А вот с "тау" - нет. Ее размерность получается [с/атм].
В формуле указана скорость звука при давлении Рнач, а не произведение.