Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

Gematogen> И я в недоумении. Ckona, ты придумал бустеры. Идея потихоньку обсуждается и Игорь начинает ее воплощать.

Бустеры в 2002 году придумал один японец (первые фото в Интернете).
Потом их многократно воспроизводили и испытывали австралийцы.
Им удалось добиться одновременного опорожнения и выравнивания давления, т.е. равной тяги.

Я же предложил разгонять вторую ступень одним-единственным бустером, почти без воды, который установлен с перекосом, направлен на центр масс и опирается на толстую разгонную трубку.

Идею можно назвать "пневматической рогаткой".
Она дает быстрый разгон, предельно упрощает бустер, но непригодна для забрасывания значительной массы на высоту. Эти идея для соревнований "на высоту".

Игорь вряд ли сможет воплотить, у него пока что серьезные проблемы с практикой - все често выложено на видеоролике.

---

Вопросы с продольной жесткостью узла стыковки ступеней сняты - см. мои последние сообщения. Также снят вопрос с ветроустойчивостью - внутри пластиковой разгонной трубки - дюралевый стержень. Нужны повторные запуски для решения вопроса по стабильности.

Gematogen> И я в недоумении. Ckona, ты придумал бустеры. Идея потихоньку обсуждается и Игорь начинает ее воплощать.
Игорь прикидывает технические решения, Михаил - теоретическую базу, Бамбр тоже обдумывает.
Gematogen> А главные апологеты многоступенчатых конструкций - ты и Брат-2 - обходят тему бустеров стороной.
Да интересно было бы мнение узнать.
Gematogen> А между тем она в значительной мере решает вопрос неустойчивости ракеты в начальной фазе полетов.
Как ни крути, схема, когда бустеры подцепленны снизу к ракете через разделитель (см. ролик Скоna) имеет меньшую жесткость в узле разделителя, чем схема с боковыми и только в основном на участке, когда ракета сидит во внешних направляющих. Да и начальная скорость выхода с направляющих во много раз больше.

Serge77> А будет ли поверхность воды наклоняться?????????
Serge77> Не ртутный ли это датчик опять??????

Возьми любую бутылку с водой, наклони ее и сравни массу воды в верхней и нижней половинах (относительно плоскости по оси бутылки). В нижней половине воды будет больше, центр масс сместится.

Как только начнется заметный разгон - вектора ускорений сложатся и все рассуждения почти потеряют силу.

Gematogen>> Поэтому очень сомнительно нахождение в числителе массы всей воды.
ЦТ всей воды Мв сместился на Х.
ЦT всей ракеты (Мв + Мо) сместился на е.
Отсюда е = Х* Мв/(Мо + Мв). Значение Х см. ниже.
PopovIgor> Надо выложить вывод формулы?
Да нет, так и есть. Больше воды, больше отклонение, ведь Мо постоянна. Смещение е пропорционально соотношению масс.
Уточнил, но сути не меняет.
е = Мв/(Мо + Мв)*D²*tg a/6/(H/2 - D*tg a)
Вы правы, при перегрузке мениск будет стремиться выровняться, но вот насколько посчитать затруднительно.
Serge77> А будет ли поверхность воды наклоняться?????????
А разве нет????
Serge77> Не ртутный ли это датчик опять??????
Аналогия здесь не по делу.

Serge77>> А будет ли поверхность воды наклоняться?????????
Serge77>> Не ртутный ли это датчик опять??????
Ckona> Возьми любую бутылку с водой, наклони ее и сравни массу воды в верхней и нижней половинах (относительно плоскости по оси бутылки). В нижней половине воды будет больше, центр масс сместится.

Возьми ртутный датчик, переверни - он сработает. Но в ракете же не срабатывает (в смысле тогда, когда хотят изобретатели).

По той же причине, почему не срабатывает рт.датчик, я думаю и вода не будет наклоняться в ракете. Потому что нет силы реакции опоры. Сила тяжести в полёте одинаково действует на воду и стенки сосуда, поэтому они не будут перемещаться относительно друг друга.

Serge77>> А будет ли поверхность воды наклоняться?????????
PopovIgor> А разве нет????
Serge77>> Не ртутный ли это датчик опять??????
PopovIgor> Аналогия здесь не по делу.
Для Serge77.
Здесь более уместен другой пример.
Наполним ведро с водой наполовину и будем вращать его в горизонтальной плоскости на палке.
При определенной скорости вращения вода из ведра не выльется. А при малой выльется. Поэтому на палке, а не на веревке .
Чем больше скорость, тем больше поверхность воды будет стремиться стать параллельной дну.
Но, никогда, при любой перегрузке, не станет.


Здесь то же самое.

PopovIgor> Исх. данные. Одноступенчатая, ф90, Н=200 мм, Мв=1,27 л, Мо=0,5 кг.
PopovIgor> Угол а = 45, е =4,86 мм

Если я всё правильно ввёл, а получилось именно 1,27кг воды, то где-то в твоих рассчётах закралась ошибка, так как в SolidWorks выдаёт следующий результат, где ЦМ ушёл в сторону от центральной оси всего на -2,53мм.

SashaPro> ...где ЦМ ушёл в сторону от центральной оси всего на -2,53мм.

А вот при расходовании воды уже больше получается смещение ЦМ, -4,82мм:

PopovIgor> Здесь более уместен другой пример.
PopovIgor> Наполним ведро с водой наполовину и будем вращать его в горизонтальной плоскости на палке.

Аналогия неверная, потому что присутствует опора - палка. Это то же самое, что переворачивать в руке.

Ckona> Я же предложил разгонять вторую ступень одним-единственным бустером, почти без воды, который установлен с перекосом, направлен на центр масс и опирается на толстую разгонную трубку.
Для меня самое ценное в твоей идее: "...почти без воды ... и опирается на толстую разгонную трубку".
А тебе по моему наиболее близко: "... который установлен с перекосом, направлен на центр масс..."

Поправь, если я ошибаюсь.

По-моему невозможно направить бустер с перекосом в центр масс ракеты. Тем более, что центр масс "гуляет".

PopovIgor> ЦТ всей воды Мв сместился на Х.
PopovIgor> ЦT всей ракеты (Мв + Мо) сместился на е.
Да нет-же!
Сместится с оси только ЦТ воды внутри треугольника. Наличие остальной воды (в цилиндрической части) является стабилизирующим фактором, который препятствует смещению общего центра тяжести.
Объем скошенной части зависит от угла и не зависит от общего количества воды. Поэтому при росте массы воды отклоняющий эффект не изменится, а стабилизирующий - вырастет. Поэтому чем больше масса, тем меньше смещение.

Serge77 прав - после старта ракеты не будет реакции между корпусом ракеты и водой связанной с силой тяжести. Взаимодействие будет определяться только ускорением. Поэтому зеркало воды будет перпендикулярно оси вектора тяги, если он будет проходить через ЦТ.

Gematogen> Поправь, если я ошибаюсь.

Логика другая, вот в такой последовательности:

Бустер один, потому что так проще - не надо выравнивать объемы заправок, давления и т.д.
Бустер сбоку, чтобы не делать "затычку" для сопла второй ступени (малого диаметра).
Фактически, этим исключается механизи разделения ступеней.
Поскольку "сбоку", то ось бустера должна проходить через центр масс второй ступени, это конструктивно не так уж и уродливо, если вторая ступень длинная (полтора метра).
Бустер упирается во вторую ступень тремя крючками на охватах (можно не клеить).
По факту разгона бустер "сдувается" набегающим воздухом.
Удержание системы производится капроновыми стяжками за фланец второй ступени.
Развороту пакета на стартовом столе препятствует перо стабилизатора со стороны, противоположной бустеру (вот тут надо клеить !).
Продолжительность разгона фактически равна времени движения бустера по разгонной трубке, плюс еще чуть-чуть.

Схема не будет иметь рекордных параметров, но позволит стабильно и красиво летать с 7-мм соплом.

Serge77> вода не будет наклоняться в ракете.

Поверхность воды устанавливается перпендикулярно сумме векторов: гравитационного ускорения и реактивного.

Ckona> Поверхность воды устанавливается перпендикулярно сумме векторов: гравитационного ускорения и реактивного.

Тогда ртутный датчик сработает в апогее!

Gematogen> Serge77 прав - после старта ракеты не будет реакции между корпусом ракеты и водой связанной с силой тяжести. Взаимодействие будет определяться только ускорением. Поэтому зеркало воды будет перпендикулярно оси вектора тяги, если он будет проходить через ЦТ.
Вы ребята это серьезно?
Зеркало воды будет перпендикулярно результирующей векторов силы тяжести и силы тяги.
А если тягу убрать?
А если стенки жиром смазать, то при достаточном объеме и высоте свободного падения, силами поверхностного натяжения вода вообще в шар превратится

Serge77> Тогда ртутный датчик сработает в апогее!

Хм... В апогее отсутствует реакция опоры, - т.е. невесомость.
Оболочка и жидкость двигаются равноускоренно в поле силы тяжести.

При движении оболочки в любом другом направлении ее придется "поддерживать", и жидкость под действием гравитации начнет давить или перемещаться.

При разгоне ракеты "вверх", хоть сколь угодно медленном, гравитация прижимает жидкость "вниз". Нормаль к менниску - сумма векторов ускорений.
При горизонтальном разгоне менниск жидкости не станет вертикально - станет наклонно.
(при желании можно снять визуально)

Ckona> При горизонтальном разгоне менниск жидкости не станет вертикально - станет наклонно.

Если разгонять на рельсах - не станет. Потому что есть реакция опоры.

А если ракета летит горизонтально (в смысле ось её горизонтальна, но ракета естественно не только летит вперёд, но и падает в свободном падении), двигатель работает, то поверхность жидкости вертикальна. (если пренебречь сопротивлением воздуха, т.е. пусть вертикальная скорость невелика)

PopovIgor> Зеркало воды будет перпендикулярно результирующей векторов силы тяжести и силы тяги.
Силе тяжести противостоит сила реакции опоры. Она есть пока ракета стоит на земле. В полете движение ракеты зависит от двух сил:
1 - она банально падает на землю под действием силы тяжести вместе со всем содержимым
2 - к корпусу приложена сила тяги, которая борется с инерцией содержимого.
PopovIgor> А если тягу убрать?
PopovIgor> А если стенки жиром смазать, то при достаточном объеме и высоте свободного падения, силами поверхностного натяжения вода вообще в шар превратится
Если пренебречь сопротивлением воздуха (которое приводит к возникновению внешней силы), то - да, получим замечательный водяной шар.

Ckona> Бустер один, потому что так проще - не надо выравнивать объемы заправок, давления и т.д.
На твоем теперешнем технологическом уровне выравнивание давлений - не проблема.
Ckona> Бустер сбоку, чтобы не делать "затычку" для сопла второй ступени (малого диаметра).
А вот тут не совсем так. Если ракета на разгоне работает (что логично), то центр тяжести меняет свое положение. Ракета будет заметно вилять. Кроме того, ЦТ заправленной ракеты расположен довольно низко. Конструктивно бустер будет существенно выступать за нижний габарит.
Тангенцальная составляющая силы тяги бустера вызовет боковое движение ракеты и, как следствие, ее поворот вокруг центра давления.
Ckona> Фактически, этим исключается механизи разделения ступеней.
Логично.
Ckona> Поскольку "сбоку", то ось бустера должна проходить через центр масс второй ступени, это конструктивно не так уж и уродливо, если вторая ступень длинная (полтора метра).
Это не рационально, так как приводит к усложнению конструкции (вплоть до невозможности ее реализации) и потере КПД бустера.
Ckona> Удержание системы производится капроновыми стяжками за фланец второй ступени.
Ckona> Продолжительность разгона фактически равна времени движения бустера по разгонной трубке, плюс еще чуть-чуть.
Т.е. ракета будет разгоняться слегка "наискосок"
Ckona> Схема не будет иметь рекордных параметров, но позволит стабильно и красиво летать с 7-мм соплом.
Ох, сомневаюсь.

Ckona> Поверхность воды устанавливается перпендикулярно сумме векторов: гравитационного ускорения и реактивного.
Сила взаимодействия между ракетой и содержимым - суть разница сил, действующих на ракету и сил, действующих на содержимое.
На ракету действует сила тяжести и сила тяги.
На содержимое действует сила тяжести.
Сила взаимодействия - равна силе тяги и противоположна по знаку. Сила тяжести сократилась.

Похоже, Serge77 прав.
Невесомость имеет место в ракете, которая по инерции летит вверх (если забыть о воздухе).
Получается, что как только ракета перестала давить на стартовую установку (или наоборот), менниск жидкости становится поперек вектора тяги.

Это все сила привычки - наблюдать за грузиком при разгоне самолета !

PopovIgor> Вы ребята это серьезно?

Двое уже.....
Третьим будешь?)))))

PopovIgor>> ЦТ всей воды Мв сместился на Х.
PopovIgor>> ЦT всей ракеты (Мв + Мо) сместился на е.
Gematogen> Да нет-же!
Gematogen> Сместится с оси только ЦТ воды внутри треугольника. Наличие остальной воды (в цилиндрической части) является стабилизирующим фактором, который препятствует смещению общего центра тяжести.
Gematogen> Объем скошенной части зависит от угла и не зависит от общего количества воды. Поэтому при росте массы воды отклоняющий эффект не изменится, а стабилизирующий - вырастет. Поэтому чем больше масса, тем меньше смещение.
Проверяй
Исходные данные примера расчета.
Мв=1,27 кг, Мо=0,5 кг, Д=90 мм, Н=200 мм, угол а = 45 град.
Этап 1. Определение ЦТ воды.
S1=0,5D*H1; H1=D*tg a; S1=0,5D²*tg a
X1=D/6 – X2
Определение ЦТ (Х2)
S1*X1 = S2*X2;
S=S1+S2=D*H
X2=S1*D/(S1+S2)/6 = D²*tg a/12/H
Этап 2. Определение ЦТ ракеты в целом (е).
Уравнение равновесия
Mв*X2 = (Mo + Mв)*e
e= Мв/(Мо+Мв)*Х2
Или
e = Мв/(Мо+Мв)*D²*tg a/12/H
По исх. данным
Х2=3,375 мм
Е=2,42 мм
SashaPro> ...где ЦМ ушёл в сторону от центральной оси всего на -2,53мм.
Ошибся в два раза В формуле в знаменателе д.б. 12.
Поправил. Хотя небольшое отличие, но есть

PopovIgor> Проверяй
Я конечно формулки посмотрю, но позже.
А пока - ты согласен с тем, что этот расчет справедлив только пока ракета не стартовала?

Ckona>> Поверхность воды устанавливается перпендикулярно сумме векторов: гравитационного ускорения и реактивного.
Gematogen> Сила взаимодействия между ракетой и содержимым - суть разница сил, действующих на ракету и сил, действующих на содержимое.
Gematogen> На ракету действует сила тяжести и сила тяги.
Gematogen> На содержимое действует сила тяжести.

Serge77> Двое уже.....
Serge77> Третьим будешь?)))))
Ckona> Похоже, Serge77 прав.
Ckona> Невесомость имеет место в ракете, которая по инерции летит вверх (если забыть о воздухе).
Ckona> Получается, что как только ракета перестала давить на стартовую установку (или наоборот), менниск жидкости становится поперек вектора тяги.

Ракета наклонена на старте.
Зеркало воды параллельно Земле.
Так?
Дали силу тяги вдоль оси ракеты.
По вашему, зеркало встанет перпендикулярно вектору силы тяги (оси ракеты). Так? Мгновенно скачком?
И не важно какое значение у этой силы?
А если сила тяги бесконечно мала?
Все-равно перпендикулярно оси???
А не результирующему вектору силы тяжести и силы тяги?
Тяга закончилась. Летит по инерции в том же направлении. Где будет зеркало?
Спускаем ракету в том же наклонном положении на парашюте. Где будет зеркало?