Аэродинамика ракет

Mihail66> Для этого вытащил из ракеты двигатель и поставил вместо него массовый муляж оболочки.

ЦМ с полным двигателем располагался на отметке 510мм от носа.
А без "топлива" ЦМ находится на отметке 350мм.
Теперь я уже не знаю сколько это процентов, потому что не представляю к какому месту эти проценты привязать.

Mihail66> ..... Та самая идея Максимуса с использованием шприца.

Расчетная скорость на разгоне 1,3М (450м/с).

Mihail66> Расчетная скорость на разгоне 1,3М.

Ускорение в момент прекращения тяги -11,5g.
Голова будет иметь массу около 600-700г.

Mihail66> Голова будет иметь массу около 600-700г.

Для нее уже готов двигатель Д38-6-9-DROL-5(21A2) на 750г. топлива с импульсом 1180Н*с.
Сама ракета калибра 50мм, длиной 1050мм, будет иметь взлетную массу 2,68кг.

Mihail66> будет реализован "вакуумный тормоз".

Конструкция понравилась. Алюминиевые стойки не будут гнуться? ( Усилие при строгивании поршня всегда больше усилия при движении. Корпус шприца слегка конусный, поэтому внизу усилие с которым прижимается поршень выше, и выгиб корпуса шприца от поршня тоже добавляет усилие. Может 5 кгс и без вакуума удержит.
Вопрос. По рисунку. Если поршень вталкиваем в шприц, то через обратный клапан воздух стравливается вниз. Но в зоне 1,где вышибной остается воздух и этот объем не дает считать, что вакуум -принцип будет работать. Нужно выкачать воздух из выш-го объема через трубку(2). Вот эта трубка , как у тебя организована. Тянуть её через весь корпус вниз, что-то не нравится. Интересен твой вариант.

EG54> Конструкция понравилась. Алюминиевые стойки не будут гнуться?

Да вроде бы не должны, голова должна без усилия в корпус входить.

EG54>...Усилие при строгивании поршня всегда больше усилия при движении. Корпус шприца слегка конусный, поэтому внизу усилие с которым прижимается поршень выше, и выгиб корпуса шприца от поршня тоже добавляет усилие. Может 5 кгс и без вакуума удержит.

Я тут где-то описывал эксперимент с интересным измерением усилия поршня. Обсуждение испытаний и пусков ракет [Mihail66#24.07.20 22:35] Сейчас более-менее сформировалось понимание почему и откуда берутся эти 5кгс, и почему они не сильно изменяются при перемещении поршня.
Это сила (~5кгс) напрямую привязана к площади сечения шприца. У меня диаметр поршня примерно 30мм, значит его площадь ~7см². Это и есть та самая сила с которой атмосфера старается запихнуть этот поршень обратно, независимо от того на сколько этот поршень выдвинут от своего начального положения. Т.е. при абсолютном вакууме внутри цилиндра, сила атмосферы снаружи при любом положении поршня будет постоянной 7кгс (но она будет снижаться с увеличением высоты). А при перемещении поршня будут еще добавляться различные силы трения.

EG54> Вопрос. По рисунку.

У меня там нет никакого обратного клапана и трубок. Поршень просто вставляется вплотную к вышибному, и потом его "пипер" заклеивается герметиком. Воздух который остается в зоне вышибного конечно же снижает усилие, т.к. он создает противодействие атмосфере. Именно поэтому эта сила равна не 7кгс, а всего примерно 5кгс.

EG54>> Конструкция понравилась. Алюминиевые стойки не будут гнуться?
Mihail66> Да вроде бы не должны, голова должна без усилия в корпус входить.

Имел в виду силу срабатывания вышибного. Вышибной не погнет, ведь толкать быстро голову с весом.

EG54> Имел в виду силу срабатывания вышибного. Вышибной не погнет, ведь толкать быстро голову с весом.

А хороший вопрос. Голова не легкая, может и погнутся.
Посмотрим уже по факту.

Mihail66> Вопрос к RocKI, касаемо его программы ALTIMMEX-SP2.
Mihail66> Там в расчетах полета участвует только диаметр корпуса. При этом площадь сечения стабилизаторов никак не учитывается.

Программа ALTIMMEX-SP2 не считает сопротивление (используютя данные Аэролаба или заданные от балды ), поэтому ей стабы по барабану. Диаметр корпуса присутствует для сравнения с диаметром мотора. Понятно, что если диаметр мотора больше диаметра ракеты, то он не подходит и делает не актуальным расчет сопротивления. Но проверка не строгая, просто предупреждение, т.к. бывает, что нужны только тяговые характеристики мотора или конструктор как-то уже учел это.
Но хорошо, что ты обратил внимание, т.к. эта проверка в варианте ALTIMMEX-SP2 куда-то делась. Потерял при редакции. Она, конечно, не существенна, но полезна. Восстановлю.

RocKI> Программа ALTIMMEX-SP2 не считает сопротивление (используютя данные Аэролаба или заданные от балды ), поэтому ей стабы по барабану. Диаметр корпуса присутствует для сравнения с диаметром мотора.

Тогда что-то не вяжется, т.к. в твоем случае высота полета не должна зависеть от диаметра фюза. Но при изменении этой величины высота полета кардинально меняется.
Вообще так и должно быть, ведь силу сопротивления нужно посчитать. А в ее расчете используется объем фюза (или хотя бы площадь сечения).
F=Cx(pv²/2)*V^2/3
(или F=Cx(pv²/2)*S )

Mihail66> Вообще так и должно быть, ведь силу сопротивления нужно посчитать. А в ее расчете используется объем фюза (или хотя бы площадь сечения).

Обычно это площадь миделя Sx всей ракеты и коэффициент Сх тоже идёт для всего корпуса ракеты, а не только для диаметра.
Ну так сделано в моей программе, которая использует данные расчёта функции Сх от скорости, полученные из модуля Flow (SolidWorks), являющимся графическим вариантом небезизвестного программного комплекса ANSIS.

П.С. Но это всё тут является не авторитетными считалками и в особенности моя программа - страшно ошибочная! , а мне надо пойти: "доучиться"...

SashaMaks> Обычно это площадь миделя Sx всей ракеты и коэффициент Сх тоже идёт для всего корпуса ракеты, а не только для диаметра.

Ну, я как бы не сомневаюсь что Аэролаб коэф. Сх от всей площади считает. Но вот дальше, уже при расчете лобового сопротивления, из которого потом будет складываться расчет всего полета, нужно опять же весь мидель учитывать. А только по Сх, тяге двигателя и массе полет не посчитаешь.(Я так понимаю.)

Mihail66> Сама ракета калибра 50мм, длиной 1050мм, будет иметь взлетную массу 2,68кг.

Вот такой расклад по расположению всевозможных центров получился. Можете сами оценить запас устойчивости.
Взлетная масса уложилась в 2,43кг (это немного меньше оптимального), но максимальная скорость подросла до 1,45М.

Mihail66> нужно опять же весь мидель учитывать.

Нужно.

П.С. Могу лишь предложить способ, как обойти баг в программе: от всей площади миделя считаешь диаметр так, как будто вся площадь - это круг и подставляешь его в программу. Соответственно получившийся (некий условный диаметр) должен быть немного больше диаметра корпуса ракеты. Да и диаметр корпуса ракеты - это, кстати, наибольший из диаметров... Но это так, к справке.

П.П.С. Хотя там всё равно ещё есть один баг...

SashaMaks> П.С. Могу лишь предложить способ, как обойти баг в программе: от всей площади миделя считаешь диаметр так, как будто вся площадь - это круг и подставляешь его в программу.

Да таким макаром уже года два пользуюсь. Но до сегодняшнего дня это делалось для того, чтобы учесть сопротивление навесных прибамбасов, напрмер той же бортовой камеры. Она имеет свой обтекатель, и у нее имеется свой мидель примерно 2,2см². Вот эту площадь я и "растворял" в общем диаметре. А про стабы мне только вчера в глаз врезалось. И чтобы их учесть придется увеличить условный диаметр трубы с 50 до 57мм. (Как бы не мало. )

SashaMaks>.... Хотя там всё равно ещё есть один баг...

Ну ты бы своей программкой чтоль поделился. Очень хочется проверить какая точней окажется.

Mihail66> Ну ты бы своей программкой чтоль поделился.

Сам сейчас задался таким вопросом. Мало того, что она у меня в "вечной" бета-версии, так ещё и сайту кирдык настал

SashaMaks> Сам сейчас задался таким вопросом. Мало того, что она у меня в "вечной" бета-версии, так ещё и сайту кирдык настал

Ну, ты ведь все сделаешь!
Я там чуть ранее показал расположение ЦД и ЦТ. Все центры Аэролабом посчитаны.
Интересно твое мнение о запасе устойчивости.

Mihail66> Тогда что-то не вяжется, т.к. в твоем случае высота полета не должна зависеть от диаметра фюза. Но при изменении этой величины высота полета кардинально меняется.

Пардон, уже подзабыл теорию. Да, диаметр корпуса важен, все правильно. Просто расчет сопротивления в Аэролабе проводится с учетом всего миделя, включая стабы, но коэффициент Сх приводится к характеристической площади, коей является площадь миделя корпуса. Так что стабы в ALTIMMEX-е как бы не при чем. Но все равно, меняя диаметр для ракеты, делая его отличным от того, что был в Аэролабе, надо понимать, что ты пропорционально меняешь всю конфигурацию, включая стабы. Если ты хочешь поменять диаметр корпуса, а стабы оставить те же, то это уже другая ракета и её надо по новой обсчитывать в Аэролабе.

RocKI> .... Просто расчет сопротивления в Аэролабе проводится с учетом всего миделя, включая стабы, но коэффициент Сх приводится к характеристической площади, коей является площадь миделя корпуса.

Ну так характерная площадь, это есть мидель. А мидель это наибольшее по площади поперечное сечение. Значит в миделе учтены стабы.

RocKI> Так что стабы в ALTIMMEX-е как бы не при чем.

Тогда ALTIMMEX-е нужно брать не диаметр трубы а именно мидель (площадь наибольшего поперечного сечения).

RocKI> .... Если ты хочешь поменять диаметр корпуса, а стабы оставить те же, то это уже другая ракета и её надо по новой обсчитывать в Аэролабе.

Как раз в Аэролабе не нужно менять диаметр, иначе все поменяется. Стабы он посчитает отдельно, и суммарный Сх приведет к характерной площади. Так вот и в ALTIMMEX-е должна присутствовать эта же самая характерная площадь.

Мне сейчас трудно объяснить на пальцах, я пример приведу.
Мне необходимо в расчетах учесть навесную камеру (она там чуть повыше есть на картинке). У нее мидель 2,2см². В Аэролабе я ее представляю вот так (скрин.), как будто все ее сечение расползлось вокруг корпуса, и диаметр фюза локально увеличился с 50 до 53мм.
И в ALTIMMEX-е я уже ставлю диаметр корпуса не 50, а 53мм (несмотря на то, что это всего лишь местное увеличение сечения).
Так почему же мы для ALTIMMEX-а стабилизаторы оставляем без внимания?

Mihail66> Ну так характерная площадь, это есть мидель. А мидель это наибольшее по площади поперечное сечение. Значит в миделе учтены стабы.

В этом и кроется твоя "нестыковка". Тут действительно есть некоторая сложность в понятиях. Мидель это площадь наибольшего поперечного сечения летательного аппарата. Можно говорить отдельно о миделе корпуса и даже стабов. Но при определении коэффициента сопротивления Сх берется не мидель, а характерная площадь, т.е. отношение абсолютной величины силы к характерной площади (ну и напору). Причем даже не обязательно поперечного сечения. Так для самолетов это площадь крыла в плане. А для ракет это наибольшее поперечное сечение корпуса, т.е. миделя корпуса.
Таким образом устраняется проблема пересчета с одного размера на другой. Но, опять таки повторюсь, размер подразумевает сохранение пропорций всех элементов летательного аппарата. Изменением диаметра в программе ты меняешь все размеры, включая стабы и надстройки.

RocKI> Просто расчет сопротивления в Аэролабе проводится с учетом всего миделя, включая стабы, но коэффициент Сх приводится к характеристической площади, коей является площадь миделя корпуса.

Корпус - это вообще-то весь корпус (включая стабилизаторы, и прочий навес в том числе и корпуса бустеров в пакете), а не только корпус-труба.

RocKI> В этом и кроется твоя "нестыковка". Тут действительно есть некоторая сложность в понятиях.

Действительно, некоторая сложность присутствует. Но вот разбираемся с твоей картинкой.

"Для бескрылого летательного аппарата или аппарата с небольшой несущей поверхностью за S принимается площадь миделевого сечения..."

А стабы, это не считается несущей поверхностью или крылом? Что там на картинке 3.52 изображено?
Может имеется ввиду ракета вообще без стабов, или с очень маленькими и тонкими рулешками, площадь сечения которых можно не учитывать?
Хотя на твоей картинке четко прописано, что S это миделево сечение, и оно должно стабы учитывать.

RocKI> Но при определении коэффициента сопротивления Сх берется не мидель, а характерная площадь, т.е. отношение абсолютной величины силы к характерной площади (ну и напору).

А характерная площадь "для продолговатых тел вращения, ориентированных вдоль потока (фюзеляж, оболочка дирижабля) — приведённая волюметрическая площадь, равная V2/3, где V — объём тела".
А как посчитать этот объем имея лишь диаметр корпуса (без стабов)?
Но Аэролаб скорей всего именно этот объем и учитывает.

А к какой формуле привязан диаметр корпуса в Альтиммексе?

RocKI>... Но, опять таки повторюсь, размер подразумевает сохранение пропорций всех элементов летательного аппарата. Изменением диаметра в программе ты меняешь все размеры, включая стабы и надстройки.

Тут необходимо уточнить про изменение диаметра в какой программе? Если это Аэролаб, то вот там как раз ничего не нужно делать с диаметром, иначе действительно все поменяется, и Сх посчитается совсем от другого объема. А если ты говоришь об Альтиммексе, то изменением диаметра я меняю лишь площадь сечения, все остальные размеры остаются как были (но они там нигде и не фигурируют). А площадь сечения мне хочется изменить потому, что только площадь сечения корпуса не является характерной площадью, из которой Аэролаб посчитал Сх. Значит и при расчете лобового сопротивления в Альтиммексе должна участвовать аналогичная характерная площадь.

Вообще как-то странно. Если А.лаб при расчете Сх учитывает и мидель и объем, то почему при расчете лобового С. мы на это забиваем, и берем лишь площадь сечения "ствола" без оперения.

ПС.
И вот еще что я хочу заметить. Альтиммекс всегда считает полет с завышением на 10-20%. Конечно это можно списать на НЕвертикальность полета, но тем не менее, когда начинаешь учитывать площади сечения различных торчащих в разные стороны креплений, навесной приблуды, площади сечения стабов и стартовых зацепов, то расчетная высота полета начинает приходить к экспериментальной норме.