Конструкция ракет XI

a.c.> Из-за большого удлинения ракеты и бака с жидким окислителем (GRD). Нужно, чтобы ракета не переходила в состояние сверустойчивости ...
Поясни, а чем здесь чревата сверхустойчивость (у меня ее тоже хоть отбавляй, когда топливо выгорит)?

a.c.>> Из-за большого удлинения ракеты и бака с жидким окислителем (GRD). Нужно, чтобы ракета не переходила в состояние сверустойчивости ...
mihail66> Поясни, а чем здесь чревата сверхустойчивость (у меня ее тоже хоть отбавляй, когда топливо выгорит)?

Явление "сверхустойчивости" - ошибочно, так как сделано на основании ошибочной размерности: "калибры" или "диаметры".

При измерении устойчивости в правильным единицах: "%" никакого явления "сверхустойчивости" не будет.

Удлинение корпуса ракеты на запас устойчивости не влияет никак.

Удлинение корпуса ракеты влияет на частоту колебания корпуса в устойчивом состоянии: чем вытянутый корпус, тем ниже частота его колебания, но амплитуда колебания не изменится.

А вот амплитуда колебания зависит от запаса устойчивости и чем больше запас устойчивости, тем меньше будет амплитуда колебания (раскачивания) корпуса ракеты в устойчивом полёте. А это в свою очередь означает, что тем меньше будут углы атаки при полёте и меньше потери на трение из-за увеличения миделя. Ведь, чем больше угол атаки (больше амплитуда раскачивания), тем больше будет мидель и сила трения.

Ну и на практике я тоже уже успел на эти грабли наступить:

Тут тоже была ракета со смещенными стабилизаторами от кормы к центру:


Запаса устойчивости много не бывает.

SashaMaks> Запаса устойчивости много не бывает.

Я то же всю дорогу придерживался этого мнения, более того, специально ГО нагружал дробью смещая ЦТ вперед и одновременно утяжеляя ракету с целью придания ракете более прямолинейного инерционного полета.
Теперь вот жду, а что на это ответит уважаемый a_centaurus?!

А ракета РМ-65-13 №3 (НН-Фруктоза-Сорбит-S 62%-22%-11%-5%), та что на видео летела с непредсказуемой траекторией, была найдена приземлившейся? Не повреждена ли в полете ее "скульптура", уж больно лихо она повороты выписывала?

mihail66> Поясни, а чем здесь чревата сверхустойчивость (у меня ее тоже хоть отбавляй, когда топливо выгорит)?

Overstable rocket - иллюстрация из Barrowman's Stability of a model rocket in flight. Ракета с большим значением статической стабильности "ложится на ветер" и быстро теряет высоту на пассивном участке. Так что "много стабильности" бывает. Моя пусковая площадка находится в небольшой лощине между нескольких окрестных гор от 1.5 до 2 км. На высотах более 100 м всегда дует довольно сильный ветер. Поэтому ракете с ГРД двигателем, которая дефолтно имеет большое удлинение, желательно помочь, подняв Cp повыше. Кроме того влияет общая компоновка систем в такой ракете. С другой стороны на ракетах с РДТТ желательно придерживаться критерия 1 калибра/1 D (диаметра) между Cp - Cg. Калибр/Diameter - нормализованная величина для ракетной аэродинамики. Все аэродинамические схемы ракет-зондов, тактических баллистических ракет в любой литературе на всех языках сделаны в D. Вот как эта из книги Von Karman Inst. Missile Aerodynamics.

a.c.> Overstable rocket - иллюстрация из Barrowman's Stability of a model rocket in flight.

Вероятно, ты пропустил это:

И это:



a.c.> Ракета с большим значением статической стабильности "ложится на ветер" и быстро теряет высоту на пассивном участке.

Только для медленно и низко летающих ракет, которые обычно летают на высотах до 100м и скоростях порядка 10-30м/с.

a.c.> Все аэродинамические схемы ракет-зондов, тактических баллистических ракет в любой литературе на всех языках сделаны в D.

Излишний запас устойчивости имеет место в случае применения активной системы стабилизации в ракетах, так как усложняет манёвренность ЛА.

В любительской сфере применяется пассивная система стабилизации. Для неё чем больше запас устойчивости, тем лучше.

a.c.>> Ракета с большим значением статической стабильности "ложится на ветер" и быстро теряет высоту на пассивном участке.

С этим утверждением я вынужден согласиться.
Тем не менее, я постоянно нагружаю свои ракеты "бесполезной" массой, что бы максимально использовать инерцию свободного полета применительно к максимальной высоте. И как правило нагружаю ГО в угоду излишней устойчивости. Что до ветра, то нужно стремиться выбирать подходящие погодные условия для запусков.
А вообще, сделал для себя выводы, и пересмотрю свой подход к утяжелению ракет. Попытаюсь в будущем перераспределять доп. массы относительно ЦД.

SashaMaks> Только для медленно и низко летающих ракет, которые обычно летают на высотах до 100м и скоростях порядка 10-30м/с.
Отчего так?

Сейчас я вынужден переключиться и задать "коварный" вопрос уважаемому SashaMaks, применительно к его борьбе за КМС в контексте "Высотные ракеты".
Ведь у тебя максимум объема ракеты занимает топливо, и после его выгорания инерционность ракеты в свободном полете останется ничтожно малой для "Высотной ракеты".
Хороший КМС нужен для подъема в апогей максимально возможной полезной массы.
И если ты не собираешься забрасывать высоко условную "болванку", то зачем КМС?
Или, что "то самое", которое ты собираешься забросить как можно выше "Высотной ракетой"?

*Единственным оправданием борьбы за КМС я вижу лишь одно. Если моторный отсек будет отделен от ракеты сразу по прекращению тяги. И "Высотная ракета" превратится в инерционный "Высотный ГО".
(Сразу хочу извиниться за неожиданный и провокационный вопрос.)

SashaMaks>> Только для медленно и низко летающих ракет, которые обычно летают на высотах до 100м и скоростях порядка 10-30м/с.
mihail66> Отчего так?

От того, что ракета ложится на поток, а не отдельную его составляющую. А поток векторно складывается из собственного вектора скорости ракеты и вектора ветра. Поэтому чем быстрее ракета движется, тем не существенней влияние составляющей вектора ветра на полёт ракеты.

В апогее все ракеты ложатся в горизонт именно благодаря тому, что собственная скорость по вертикали обнуляется.

А вот вклад апогейного занижения высоты при наклоне тем меньше, чем ракета быстрее движется. Эти потери будут существенны только для медленных низколетающих ракет. Для остальных ими можно спокойно пренебречь.

В то же время отклонения на небольшие углы атаки критичнее для длинных ракет, так как у них при этом мидель увеличивается сильнее в разы, и в разы при этом увеличиваются потери на трение. То и выгодно, чтобы эти отклонения были минимальными, что возможно именно при максимальном запасе аэродинамической устойчивости, иначе потери на трение будут куда больше, чем в апогее - в десятки раз больше.

Для примера (см. рис.):
Скорость ракеты [м/с] - скорость ветра [м/с] - угловое наклонение [°]
Угол отклонения полёта ракеты от вертикали при заданной скорости ракеты и бокового ветра в 20м/с.


mihail66> Сейчас я вынужден переключиться и задать "коварный" вопрос уважаемому SashaMaks, применительно к его борьбе за КМС в контексте "Высотные ракеты".

А что такого в нём "коварного"?
"Ох, не для тебя эта пуля." (Капитан Джек Воробей)

SashaMaks> От того, что ракета ложится на поток, а не отдельную его составляющую. ....
SashaMaks> В апогее все ракеты ложатся в горизонт именно благодаря тому, что .....
SashaMaks> А вот вклад апогейного занижения высоты при наклоне тем меньше, чем ракета быстрее движется. ......
SashaMaks> В то же время отклонения на небольшие углы атаки критичнее для длинных ракет......
Согласен с этими доводами, пошел "кипятить" мозги, стоит ли мне в будущем распределять "бесполезную" массу относительно ЦД, или нагружать только ГО?!

SashaMaks> "Ох, не для тебя эта пуля." (Капитан Джек Воробей)
Хорошо, пусть останется тайной.

mihail66> Согласен с этими доводами, пошел "кипятить" мозги, стоит ли мне в будущем распределять "бесполезную" массу относительно ЦД, или нагружать только ГО?!

Лучше ГО, тем более, что там обычно у любителей большой и легкий парашютный отсек, который смещает ЦМ ближе к ЦД, что плохо. В идеале, желательно, как минимум, добиться примерно равномерной плотности распределения массы в корпусе ракеты. Для полезной нагрузки - это означает, что всё должно быть компактно и плотно упаковано, ведь двигатель в хвостовом отсеке уже достаточно плотный. В бутафорных (большая ракета и маленький двигатель) ракетах немного по-другому и проще.

mihail66> Хорошо, пусть останется тайной.

Да может и отвечу, просто есть риск того, что я начну спорить с местной "научной истиной" от Serge77 и тщательно хранимой Xan-ом о том, что я таких вещей знать не мог и не делал.

Необходимость повышать КМС у меня возникла ещё где-то 15-20 назад, когда я делал торцевые долгоиграющие двигатели. Вот я уже спорю! Ведь я их не делал - это научно доказано здесь!

SashaMaks> ......В идеале, желательно, как минимум, добиться примерно равномерной плотности распределения массы в корпусе ракеты. ....
Именно та мысль, на которую меня сподвигло общение с а-Центариусом.

SashaMaks> Да может и отвечу....
Дело конечно твое, если не хочешь публичности, в личку ответь.
Если нет, то я об этом быстро забуду и успокоюсь.

В плане КМС мне понравились твои расклады, когда ты рвал стеклопластик.
Но мой интерес исключительно для использования хорошего КМС для моих "первых" ступеней в многоступенчатых ЛА.

mihail66> Но мой интерес исключительно для использования хорошего КМС для моих "первых" ступеней в многоступенчатых ЛА.

1. Для долгоработающих торцевых двигателей повышение КМС в разы увеличивает максимальную высоту полёта от временного оптимума. Но у них техническое противоречие из-за массивного ТЗП.

2. Для одноступенчатых ракет и двигателей с канальной схемой горения топливной шашки высокое массовое совершенство в 15-20 раз удешевляет стоимость корпуса двигателя. Что весьма и весьма ощутимо при всё больших размерах двигателей.

3. Для одноступенчатых ракет и двигателей с канальной схемой горения топливной шашки высокое массовое совершенство повышает массу полезного груза, выводимую на оптимальную (максимальную) высоту.

4. Для двухступенчатых ракет с двигателями с канальной схемой горения топливных шашек высокое массовое совершенство обеспечивает полёт обоих ступеней в массовом оптимуме без перегружения по массе всей ракеты, позволяя добиться максимальной высоты заброса второй ступени, где атмосфера будет уже настолько разрежена, что силой трения воздуха уже можно будет пренебрегать, и тогда высота полёта для второй ступени будет одинаково напрямую зависит от высокого УИ и высокого КМС двигателя второй ступени и всей головной части ракеты. Конкретно высокий КМС для второй ступени повышает высоту полёта её в разы!

5 Высокий КМС первой ступени обеспечивает полностью автоматическое разделение ступеней без перекосов и прочих отказов, так как выгоревший легкий корпус первой ступени просто сдувает мощным набегающим потоком воздуха, при этом массивная вторая ступень, сильно зажатая в потоке благодаря высокому запасу аэродинамической устойчивости и максимальной скорости полёта, даже не шелохнётся при этом и продолжит лететь по заданному вертикальному курсу до точки оптимального включения второй ступени.

6. Нештатное падения легких корпусов снижает возможные негативный урон, который они могут нанести.

Тяжёлый корпус для двигателей любители делают с целью облегчения работы, совмещая функционал конструкционного материала с теплозащитным в одном. При этом получается толстый массивный корпус, который съедает массу, заполняя массовый оптимум (для запуска любительских одноступенчатых ракет - идеально). Но в случае применения скрепленного карамельного заряда - это будет приводить к плохой воспроизводимости результатов, так как каждый раз топливо будет трескаться по разному и будет разный геометрический закон горения. Тяжело будет подстроиться под такие двигатели, то они стартуют медленно и заваливаются, то они жахнут вверх так, что только их и видели, то и вовсе взорвутся.

mihail66> Именно та мысль...

Замечательно то, что ты не скатываешься до длинных неконструктивных дискуссий на неконкретные темы. Может быть разная трактовка информации, в обилии теперь имеющейся в свободном доступе. Важно найти для себя тот тактический минимум, выше которого идти не стоит, ввиду несопоставимости задач, а ниже нельзя опускаться по причине технической несовместимости.
Вопрос статической стабильности лучше свести к разумному минимуму: оперённая ракета, совершающая баллистический полёт в нижних слоях атмосферы (тропосфера=>стратосфера), должна иметь нормальную статическую стабильность, то есть Cg должен находиться на некотором расстоянии впереди по направлению полёта Cp и оставаться там как на активном, так и на пассивных участках. То же условие можно отнести и к продолжающим полёт ступеням. Что сверх того, то от лукавого...
А вот компоновка ракеты - тема важная и сложная в инженерной трактовке. Ведь нужно свести в систему несколько различных по назначению и принципу действия технических комплексов, и добиться работоспособности (и безотказности) в рамках поставленной задачи. Если хочешь продолжить обсуждение, то выложи свою схему компоновки и развесовку. Спокойное и доброжелательное обсуждение всегда даёт положительный результат.

a.c.> А вот компоновка ракеты - тема важная и сложная в инженерной трактовке... Если хочешь продолжить обсуждение, то выложи свою схему компоновки и развесовку. ...

Вот тут я встаю в ступор, поскольку даже не знаю, что я могу выложить для обсуждения. Хоть я и возобновил свой «хенд-мейд» в ракетомоделизме чуть более года назад, но проектов было много.
-Двухступенчатый вариант с двумя бустерами, все ступени одного калибра 50 мм. Между бустерами отсек с системой спасения. Проблемы в синхронном запуске бустеров.
-Двухступенчатый разнокалиберный вариант 80 и 50мм. Это был, пожалуй лучший мой проект. Он реально несколько раз полетал на легких моторах. Стоило поставить проектные моторы, что-то пошло не так.
-Трехступенчатый разнокалиберный вариант 80, 63 и 50мм. Так и не доведен до конца из-за электроники (нет акселерометров, и нет рабочего стыковочного узла между «Второй» и «Третьей»). Не реализовано размещение на пусковой установке, из-за многокалиберности.
-Трехступенчатый вариант 80, 80 и 50мм (продолжение любимого двухступенчатого проекта). Валяется у племянника (нет акселерометров).
-Двухступенчатый вариант со ступенями равных калибров 63 и 63мм. На первом же полете отрыв стабов и прорыв мотора. Проект возобновил.

У меня своеобразный подход к проектированию. И если я занимаюсь компоновкой, то напрочь не занимаюсь проектной развесовкой. Определение ЦТ и ЦД, Сх, и т.д, ……., у меня происходит уже на стадии материального воплощения, когда я готовую «статую» ракеты начинаю в программах обсчитывать.
Почти всегда приходится догружать вторую ступень для достижения расчетных показателей высоты.
Почти всегда приходится резать стабы для уменьшения площади на уже собранном проекте.
И заново все пересчитывать.
(Отсюда у меня такой интерес к твоим стабилизаторам и их расположению).
И еще, я не занимаюсь ни какими исследованиями в этой отрасли. Для меня это действительно «хенд-мейд» и жажда зрелищного полета.

Как вариант, проект разнокалиберной «двухступки» (на фото). Есть желание вернутся к этому проекту и исключить из него закон Мерфи.
С компоновкой думаю все понятно.
Развесовка следующая:
1 ст.
Рост – 820мм
Масса без мотора – 1,12кг
Масса мотора – 2,23кг
Калибр - 80мм.
2 ст.
Рост – 945мм
Масса без мотора – 0,94кг
Масса мотора – 0,89кг
Калибр - 50мм.

Обе ступени оснащены системами спасения.
Разделение сразу по прекращение тяги.
Запуск второй ступени по акселерометру.
Расчетный апогей – 3,77км.
Поиск по GPS.
Высота и управление приземлением по альтиметру.

mihail66> У меня своеобразный подход к проектированию. И если я занимаюсь компоновкой, то напрочь не занимаюсь проектной развесовкой...

Подход и состояние проекта могут быть связаны. Через Murphy's Law. Есть, кстати изложение ЗМ специально для ракетчиков. Рекомендую ознакомиться. По внешнему виду сборки планера можно только усомниться в пропорциях. В конструкции многоступенчатых ракет стараются использовать вторые ступени с меньшим "ростом" (длиной, всё-таки), чем бустерные. Или стараются сделать бустер совсем коротким. С длинным и тонкого сечения дартом, со стабами небольшого размаха и площади. В таком виде вторую ступень может заклинить в стыковочном узле из-за большого рычага при боковой составляющей на траектории.
Можно порекомендовать следующее: использовать, например, программу SpaceCAD, на раннем этапе проектирования. Она позволяет прорисовать в реальной геометрии габаритно-весовой эскиз будущей ракеты с установкой либо собственных движков (по графику тяги), либо подобрать похожие из списка. После оптимизации дизайна и компоновки ракеты (в том числе в материалах) можно оптимизировать время задержки как двигателя, так и парашюта 2 ступени, После чего сохранить эскиз в dxf и перенести его в например в Auto CAD для прорисовки и деталировки. Тогда с большой степенью вероятности в итоге получится похожая на свой эскиз сборка с вероятно похожим сценарием полёта. Это, собственно, не только мой опыт, а обобщённый мировой опыт из среды последователей как High Power Rock, так и Experimental Rock. Когда я проектировал свой Solaris_2S, то для оптимизации программы полёта также использовал Aerolab, RockSym и другие доступные программы. Но уже по готовой и реализованной инженерной модели.
Целью этого проекта было разработать прототип унифицированной ракеты-зонда для 5 возможных конфигураций как в одноступенчатом, так и в двухступенчатом вариантах. С различными двигателями (РДТТ, ГРД и ЖРД). Базовый прототип был выполнен для бустера на ГРД и дарта с микро ГРД для полёта на высотах визуального контакта (до 300 м). Вот его проектные эскизы в SpaceCAD, AutoCAD и flight prediction. Не призываю: "Делай как Я!", но показываю один из возможных подходов для выполнения подобной задачи.

a.c.> ... но показываю один из возможных подходов для выполнения подобной задачи...

Такой была логика и триггеры разделения, активации СС бустера , запуска двига и активации СС второй ступени. Впоследствии на 2 ступени был установлен оптический датчик апогея HEAD (Gracias, Pinko! Bulgaria, Canada). Ну и линейка возможных вариантов сборки планера такой платформы. Последняя версия с ЖРД/ГРД, а также есть ЖРД/ЖРД.

a.c.> ....По внешнему виду сборки планера можно только усомниться в пропорциях. В конструкции многоступенчатых ракет стараются использовать вторые ступени с меньшим "ростом" (длиной, всё-таки), чем бустерные. ....
Абсолютно согласен.
У меня во второй ступени, действительно много "пустого" места, просто она сначала была законченной одноступенчатой моделью. Потом стала "выступать в роли" первой ступени.
В последующих проектах я учитывал эту несоразмерность.
Благодарю за интересные материалы.

a.c.> Такой была логика и триггеры разделения....

По первым двум картинкам будут вопросы.

mihail66> Благодарю за интересные материалы.

Это книга Минакова. Модели-копии ракет. На самом деле автор - прекрасный инженер и технолог расписал все аспекты проектирования и производства малокалиберных ракет, в том числе и управляемых (!). Рекомендую всем, кто не имеет, скачать и хотя бы посмотреть.

a.c.>> Такой была логика и триггеры разделения....
mihail66> По первым двум картинкам будут вопросы.

Тогда ещё один эскиз для понимания логической цепочки. И видео:

с отстрелом дарта после срабатывания СС бустера. Видео с испытания СС бустера с одновременным запуском двигателя 2 ступени есть выше.

a.c.>>> Такой была логика и триггеры разделения....
mihail66>> По первым двум картинкам будут вопросы.
По первой картинке
Для чего выходит провод в сторону второй ступени?
По второй картинке
Какая роль геркона?

a.c.>>> из сообщений по креплению стабилизаторов.

Вчера изготовил, а сегодня провел испытания "на пальцах" крепления стеклопластиковых стабов к PVC(ABS) трубе.
1. Фиксация циакрилом с последующим приливом PVC-гелем.
2. Фиксация циакрилом с последующим приливом эпоксидом.
Обе вариации "дерьмо"!
PVC-клей не липнет к стеклопластику.
Эпоксид не липнет к ПВХ.
У кого есть другие варианты?

a.c.> Тогда ещё один эскиз для понимания логической цепочки. ...

С логической цепочкой на твоих рисунках я кажется разобрался (твои комментарии не будут лишними).
Но в твоих конструкциях присутствует множество сложных технологических (в исполнении) узлов.
Я пытаюсь задачу разделения ступеней решить иначе.
Прокомментируй мои вопросы, изложенные выше, для более полного понимания логики работы устройства разделения ступеней.

mihail66> По первой картинке
mihail66> Для чего выходит провод в сторону второй ступени?

mihail66> По второй картинке
mihail66> Какая роль геркона?

Кабель соединяет клеммы второго канала таймера с запалом микрогибридного двигателя второй ступени. Первый канал активирует пирозапал инерциальной системы спасения бустера. Delay между событиями около 20 ms, но этого достаточно, чтобы был отстрелен парашютный сегмент бустера вместе с дартом (здесь, вторая ступень). Пока СС бустера летит, импульс тока по каблю (растягиваются 2 длины ок. 60 см) инициирует пироклапан микро ГРД, который успевает увести вторую ступень с платформы бустера до того как вытянется вся длина фала (1.5 м). То есть, дарт получает добавочную кинетическую энергию и скорость при разгоне парашютного сегмента. Расчёт давал примерно удвоение высоты относительно старта с нулевой позиции. На видео хорошо видно, как вылетает макет дарта с активированной платформы. Причём вылет направлен вертикально вверх.
Система Геркон - Магнит является триггером запуска таймера СС второй ступени. Фал, закреплённый на цилиндрической формы магните, срывает магнит с места при старте дарта и запускает таймер. Позже была сделана модификация этой системы с установкой оптического датчика апогея. Кстати, рекомендую. В нижних эшелонах атмосферы (дальше просто пока не подтверждено) такой сенсор работает практически безотказно и эффективно, с точки зрения определения переходной траектории. К тому же занимает мало места и позволяет пропускать достаточно большие токи. В моей практике ракеты, оснащённые такими датчиками (я использовал сенсоры HEAD ot metero, VMK y Pinko, все - Болгария) были 100% спасены в самых разных нештатных ситуациях. Минимальная высота - 30-50 м и то, всё зависело от динамики работы системы спасения, а быстродействие сенсора было практически мгновенным. Не знаю, есть ли другие сенсоры, обладающие такой же практической безынерционностью , ведь HEAD определяет наклон ракеты при переходе на настильную траекторию, когда высота ещё практически не изменилась, а ускорение не поменяло знак. Так что подумайте и не списывайте этот абсолютно удачный девайс. Его можно применять и для дублирования других систем.На фото: основные компоненты СС дарта. Таймер с герконом, магнит, соединительные кабли к пироустройству. Система выброса парашюта обычная, поршневая.На фото: основные компоненты СС дарта. Таймер с герконом, магнит, соединительные кабли к пироустройству. Система выброса парашюта обычная, поршневая. На фотограмме хорошо видна задержка между срабатыванием игниторных зарядов, имитирующих пироклапан ГРД и пироактиватор парашюта.

a.c.> Подход и состояние проекта могут быть связаны. Через Murphy's Law. ...
Не без помощи племянника "реанимировал" старый двухступенчатый проект.
Собрали из двух старых кусков, один кусок позаимствовали от "трехступки".
Стабы еще больше обрезали. Лоск пока не навели. В наличии 4 двигателя (типа "на два полета").
Режим полета пока в расчетах.
Разделение по инерционному датчику.
Запуск "второй" по таймеру.
Апогей по таймеру.
Делаем электронику и ждем погоды.
Все ради шоу!
(блин!, парашютов нет)