Стабилизация Активная - часть II

Xan> А с полным мостом легко крутить в обе стороны.
Конечно нужен полный мост. На Ютубе много роликов одноколёсных роботов-балансеров на описанном выше принципе: по "иксу" ходовой мотор дёргает единственное колесо шасси, по "игреку" - второй мотор рулит маховиком, ось которого перпендикулярна плоскости балансирования. Причём как правило балансировка достигается не оборотами, а массой маховика - мотор дёргает его туда-сюда через ременную передачу с приличным коэффициентом, по типу мотора стиральной машины барабанного типа (с иллюминатором).

Ckona> И все проверить в полете. Заодно измерив вращение. Это будет скоро.

Частично удачный запуск 14.10.12.
Имело место сильное возмущение.
По видеограмме удалось измерить угловую скорость вращения после возмущения.
Поворот на 90 градусов - за 0,7 секунды.
Итого: 2,2 Рад/с.

Теперь надо измерить момент инерции пустой ракеты (как - ?),
или хотя бы поточнее рассчитать,
и вычислить импульс, которым такое возмущение можно было БЫ скомпенсировать.

На видеограмме: первый кадр - расстояние 10 м, последний - расстояние 24 м.

Ckona> Теперь надо измерить момент инерции пустой ракеты (как - ?)

Почему пустой? Возмущение ведь началось ещё при непустой? Тогда же и коррекция должна быть.

Serge77> Почему пустой? Возмущение ведь началось ещё при непустой?
Пока вода не вышла, связка летела вертикально.
Вращение началось при выбрасывании водяной пыли. Еще не факт, что причиной возмущения послужила неустойчивость. Возможно, был какой-то особо перекошенный "пшик".

Будет ролик с комментариями и 10-кратным замедлением.

Ckona> Теперь надо измерить момент инерции пустой ракеты (как - ?),

Приделываешь ей поперечную ось, проходящую через центр тяжести. Чтоб она висела на ней в безразличном равновесии.
Потом цепляешь к ракете маленький грузик. Наверное, в районе управляющего сопла лучше всего цеплять.
И смотришь, как у тебя получившийся маятник колеблется.
По расстоянию от оси, массе грузика и частоте колебаний можно вычислить момент инерции.
Но тебе сам момент не нужен, тебе, на самом деле, интересна именно частота колебаний.
Особенно если вес грузика равен тяге!

А вообще, можешь и тягу включить.

Xan> По расстоянию от оси, массе грузика и частоте колебаний можно вычислить момент инерции.
Xan> Но тебе сам момент не нужен, тебе, на самом деле, интересна именно частота колебаний.

Спасибо !
Физический маятник !

Xan> А вообще, можешь и тягу включить.
В ближайших планах - карданный стенд для определения физических характеристик пепелаца. Двухстепенной кардан из алюминиевого уголка, опёртый четырьмя стойками о площадку. Неточность состоит в том, что ЦТ в процессе выгорания топлива смещается в голову, а плоскость подвеса пепелаца в кардане фиксирована.

Xan> По расстоянию от оси, массе грузика и частоте колебаний можно вычислить момент инерции.

После некоторых размышлений, появилось предложение использовать крутильные весы.
Ракету надо положить на подставку с часовой пружиной, закрепленной на оси с подшипниками небольшого электромоторчика.
Момент инерции относительно центра тяжести МИцт=ВРж*[T/(2*п)]², где ВРж - вращательная жесткость подвеса, Т - период колебаний.

Ckona> Момент инерции относительно центра тяжести МИцт=ВРж*[T/(2*п)]², где ВРж - вращательная жесткость подвеса, Т - период колебаний.

Повторюсь: не нужен тебе момент инерции сам по себе.

Подвесь ракету горизонтально, можно на проводах с сигналами, и пшикай и скорость вращения измеряй.

Сразу будет нужный тебе результат без формул и арифметических ошибок.

Xan> Подвесь ракету горизонтально и пшикай

Будет проверка на перекос сопла.
По замедленному видео четко видно (вот никак не опубликую... см. "веселый ролик"),
что разгон "на воде" не сопровождался разворотом, начало вращения совпадает по времени с пеновоздушной фазой.
Рабочая версия: аэродинамическая нестабильность, усугубленная порывом ветра (развернуло строго по ветру).

Другие версии: несимметричный пшик, разный вес паразитного балласта (см. отчет), несимметричная аэродинамика из-за наружного крепления парашютов первой ступени, кривая вторая ступень.

От всех предыдущих версий, которые более нормально взлетали (три запуска), эта отличается удлиненным "топливным баком", который ощутимо сместил ЦТ вниз.

Зная момент инерции пустой ракеты, можно будет более осознанно продвигаться дальше.

Ckona> Будет ролик с комментариями и 10-кратным замедлением.

Все желающие могут изучить видео, замедленное в 20 раз.
Хорошо видны все фазы этого в высшей степени неожиданного запуска.

Наиболее вероятны две версии:
порыв ветра в совокупности с изначальной нестабильностью ракеты,
влияние внутренней втулки на несимметричность воздушной фазы.

Ckona> Наиболее вероятны две версии:
Ты обратил внимание, что после начала воздушной фазы истечение водяной пыли как бы резко пропадает(резкий останов тяги и вода в верхней бутылке по инерции двигается быстрее самой бутылки создавая отклоняющий момент, возможно) и появляется снова когда уже летит высоко и боком. Так и должно быть?

Рывок ветра не виноват, имхо.

Voldemar> Так и должно быть?

Да. Это этапы по завершении водной тяги:
- распыление воды,
- выход сжатого воздуха и падение давления,
- распыление остатков воды со стенок бутылки
(уже после разделения ступеней, что свидетельствует о малой задержке в срабатывании разделения, не зря я пружины настраивал, посмотри как оно было с задержкой в запуске №2 в августе прошлого года).

Voldemar> Рывок ветра не виноват, имхо.
Подозрение вызывает, что ракету завернуло точно по ветру.
Но это не доказательство.

Ckona> Да.
Т.е. вода в верхней бутылке подскочить вверх относительно корпуса не могла никак?
> не зря я пружины настраивал, посмотри как оно было с задержкой в запуске №2 в августе прошлого года).
Зачем? Тебе я верю.

Ckona> Подозрение вызывает, что ракету завернуло точно по ветру.
Так у неё в этот момент ЦТ где то в воде верхней бутылки, короткий бустер и длинная относительно тонкая ступень, по боковому сопротивлению будут приблизительно равнозначны. Это кстати легко проверить, зацепив связку с пустой разгонной ступенью и заправленной второй за ЦТ боком к ветру.
Либо подозрение усилится либо...

Voldemar> Т.е. вода в верхней бутылке подскочить вверх относительно корпуса не могла никак?
Могла. Как только тяга первой ступени падает ниже, чем сопротивление воздуха - вода сдвигается вперед. Но тут соломка подстелена - существует отсек пеногенератора с торчащей сверху трубкой, эдакая "невыливайка". Чтобы вода в нижнем отсеке "осадилась", ракете достаточно быстро подвинуться вперед на 10-20 см за счет пневмотяги, при вертикальной ориентации второй ступени.
А так как ориентация была "более чем горизонтальная", то открылся канал для сквозного выхода воздуха. Иначе я просто не могу объяснить три вещи: отсутствие тяги, быстрый разворот ракеты хвостом вниз, стабильное падение хвостом вниз.
Надо будет еще проверить, не попала ли "посторонняя частица" в эту трубку.

Voldemar> Это кстати легко проверить, зацепив связку с пустой разгонной ступенью и заправленной второй за ЦТ боком к ветру.
Voldemar> Либо подозрение усилится либо...

Включаем эту проверку в программу испытаний. Заправленная вторая ступень и пустая первая.

Ckona> Надо будет еще проверить, не попала ли "посторонняя частица" в эту трубку.

Любимая версия товарища Чертока)))

Ckona> Могла.
Дык может солому истоптали?
Видно, как после расстыковки вторая ступень "дымит" находясь почти вниз головой.
Как вода могла остаться возле сопла и если она была там, почему не выдувалась?
Но с другой стороны, да, только вода могла повернуть ступень хвостом вниз.
Понятно, что ничего не понятно.
> Включаем эту проверку в программу испытаний.
Очень уж странное поведение второй ступени...

Voldemar> Очень уж странное поведение второй ступени...

Странное, потому что такого раньше никогда не наблюдалось.
А так - все объяснимо.

Если связку наклонить горизонтально плюс еще на 10...20 градусов и слегка подтормаживать, освобождается сквозной канал - вода сдвинулась к носу. Тут падает давление в первой ступени и механизм "отстегивает" вторую. Воздух выталкивает вторую ступень из фиксатора, пшикает - и все. Тяжелой второй ступени этот пшик "до одного места", она медленно отдаляется от первой и потихоньку разгоняется после апогея. Почувствовав аэродинамику, быстренько разворачивается центром тяжести вниз и так падает, пока не размотался парашют.
Вторую ступень спас оптический датчик ориентации.

На первой ступени при выбрасывании "первого большого пшика" воздух образует вихрь, похожий на кольцо курильщика (снято другими водобутылкостроителями много раз). Этот вихрь размазывает остатки воды по стенкам и не дает им выходить, пока не начнется "испускание духа". Тут и появляется второй брызгохвост - уже после разделения ступеней.

Ckona> .... вода сдвинулась к носу.... Почувствовав аэродинамику, быстренько разворачивается центром тяжести вниз и так падает

Тут противоречие. Вода в носу, а падет хвостом вниз. Почему?
Слабый воздушный толчок всё-таки сместил воду в хвост?

Serge77> Тут противоречие. Вода в носу, а падет хвостом вниз. Почему?
Serge77> Слабый воздушный толчок всё-таки сместил воду в хвост?
Ракета из трех секций, соединенных на втулках вн. диаметром 10 мм.
Нижняя (пеногенератор) имеет трубку, которая исключает переливание воды в среднюю секцию ("невыливайка"). В ней было 0,7 литра.
В средней - еще 0,4 литра, через соединительную втулку вверх вряд ли проскочила бы.
Вода оставалась там, где была залита: хвост 0,7 при объеме 1,5, в середине 0,4 при объеме 1,25.
Горизонтальное положение "на столе" освобождает сквозной канал. Невесомость в "полете" делает неопределенной положение воды в каждой из секций. Небольшое подтормаживание исключает пребывание воды в зоне "выходных" отверстий.
ФФук ! - и все...

Но как только скорость падения "включила" аэродинамику - вода все расставила: хвостом вниз.

Ckona> Вода оставалась там, где была залита: хвост 0,7 при объеме 1,5, в середине 0,4 при объеме 1,25.

Понятно. Я думал, бак один и сплошной.

Ckona> Заправленная вторая ступень и пустая первая.

Отчет
Измерение момента инерции
водяной ракеты «ПЕЛИКАН»

Двухступенчатая водяная ракета «ПЕЛИКАН» может использоваться для экспериментов по активной вертикальной стабилизации.
С этой целью выполнено измерение углового момента инерции состыкованной связки с пустой первой ступенью и полностью заправленной второй ступени.

Измерение проводилось с помощью крутильного маятника, на основании принципов:
«при прочих равных условиях частота крутильных колебаний одинакова для тел с равным угловым моментом инерции», а также «при малых перемещениях и углах все линейно».

Ракета с имитатором воды вывешивалась на крутильной планке таким образом, что центр тяжести ракеты находился на оси кручения. В серии из трех измерений определялся период крутильных колебаний (8 периодов за 60 секунд).

Затем вместо ракеты на той же крутильной планке устанавливалась «штанга» с двумя сосредоточенными грузами, угловой момент инерции которой просто рассчитывается по координатам грузов. Смещая грузы, добиваемся ранее измеренного периода колебаний.

Отчет
Измерение момента инерции
водяной ракеты «ПЕЛИКАН»

(продолжение)

Результат измерений: 2 груза суммарным весом 1,9 кГ, разнесенные от центра вращения на 0,44 м каждый. Угловой момент инерции I = 1,9*(0,44)² = 0,37 кГ*кВ.м.



Зафиксированное в летных испытаниях Стабилизация Активная - часть II [Ckona#17.10.12 14:31]
вращение ракеты с угловой скоростью Ω=2,2 Рад/с обеспечивает момент импульса J = I* Ω = 0,81 кГ*(кВ.м.)/с.

Чтобы остановить такое вращение управляющим соплом согласно Стабилизация Активная - часть II [Ckona#20.12.11 18:30] , при плече приложения усилия 0,5 м, понадобится импульс 1,62 Н*с. Такой импульс выдает испытанное пневматическое сопло на протяжении ~0,5 с. (при наибольшем импульсе 2,4 Н*с и времени работы 1 с). Таким образом, остановка зафиксированного вращения возможна.

Ckona> Частично удачный запуск 14.10.12.
Ckona> Имело место сильное возмущение.

Версия об аэродинамической нестабильности и сильном порыве ветра отвергается.

На рисунке указаны координаты ЦМ и ЦБС для заправленной второй и пустой первой ступени.
ЦМ определен экспериментально. ЦБС рассчитан как ЦМ плоской фигуры.

Небольшой запас устойчивости (от 0,6 до 0,8 калибра второй ступени) обеспечивал стабильный полет связки в запусках 1,2,3,5. Ветер не мог быть источником сильного возмущения в запуске 4.

Ckona> Имело место сильное возмущение.

Наиболее вероятной причиной вращения ракеты принимается излом - поворот второй ступени относительно первой за счет упругой деформации несущей шайбы из стеклотекстолита.

Оценочный расчет выводит на сопоставимые величины.
Исходными данными для оценки является угол излома, измеренный при горизонтальном вывешивании ракеты (см. прилагаемый эскиз).
По несложным геометрическим построениям, смещение центра масс от направления вектора тяги первой ступени составляет 10 мм.

Ускорение ракеты на этапе перехода водяной тяги к воздушной составляло 8G при тяге 400...450 Н.
Предположим, что излом планера в этот момент соответствовал измеренному.
Разворачивающий момент Мр = 400 * 0,01 = 4 Н*м согласно видеозаписи мог действовать в течение 0,17...0,2 с, создав момент импульса порядка 0,7...0,8 кГ*М**2/с.

Сравнивая полученную оценку с измеренным моментом импульса 0,81 кГ*М**2/с, убеждаемся в правдоподобности версии.