Аэродинамика ракет

apakhom> Если про разрез в стабилизаторе, то страничку свою я более-менее причесал:

Прости, но зачем вообще этот огород. У тебя свободно стартующая ракета, т.е. нет ограничений по габаритам. Так убери передние стабы, а площадь задних увеличь процентов на 25, а еще лучше размах задних, если жесткость позволяет. И не надо никаких разрезов. А то получается статья о том, "как я исправил свою ошибку при проектировании, разрезав стабилизатор на две части". Так можешь сделать и 2 разреза, создав три стабилизатора, будет еще лучше. Да что там мелочиться - режем его в лапшу!

RocKI> Прости, но зачем вообще этот огород.

Ну вот я уже не хотел влезать в этот винегрет. Но вот про то что этот разрез увеличивает сопротивление и опускает ЦД ты ни разу не сказал. У тебя постоянно увеличение длины стаба, а этого ведь нет.

Б.г.> Нулевая подъёмная сила у симметричного профиля только при нулевом угле атаки. Если угол атаки ненулевой, подъёмная сила таки есть. И именно она создаёт возвращающий (стабилизирующий) момент.

Согласен. Но для стабов .....

Б.г.>> Нулевая подъёмная сила у симметричного профиля только при нулевом угле атаки. Если угол атаки ненулевой, подъёмная сила таки есть. И именно она создаёт возвращающий (стабилизирующий) момент.
Mihail66> Согласен. Но для стабов .....

Что - для стабов? если вектор скорости ракеты отклоняется от её продольной оси, возникает угол атаки, возникает подъёмная сила. Пусть она направлена вбок, а не вверх, это, всё равно, подъёмная сила. Сила называется подъёмной, если она имеет ненулевую проекцию на перпендикуляр к вектору скорости.

При этом, внимание, стабилизаторы не могут вернуть ракету на вертикаль, они могут лишь совместить продольную ось с вектором скорости. Положение же вектора скорости может меняться, но постепенно, из-за инерции. Это ускорение может меняться "мгновенно" (на самом деле, нет, но ограничения на "мгновенное" изменение ускорения имеют другую природу), а скорость, что модуль, что вектор, это интеграл от ускорения.

Б.г.> При этом, внимание, стабилизаторы не могут вернуть ракету на вертикаль, они могут лишь совместить продольную ось с вектором скорости. Положение же вектора скорости может меняться, но постепенно, из-за инерции. Это ускорение может меняться "мгновенно" (на самом деле, нет, но ограничения на "мгновенное" изменение ускорения имеют другую природу), а скорость, что модуль, что вектор, это интеграл от ускорения.

Вот за это спасибо, буду изучать.

Mihail66> Ну вот я уже не хотел влезать в этот винегрет. Но вот про то что этот разрез увеличивает сопротивление и опускает ЦД ты ни разу не сказал. У тебя постоянно увеличение длины стаба, а этого ведь нет.

Михаил, даже не понял о чем ты. Чисто из уважения к твоему упорству и для остальных, кому лень покопаться в справочнике по аэродинамике, объясняю на пальцах. Как тут некоторые верно отметили очевидную вещь - любой элемент ракеты в условиях полета создает аэродинамическую силу имеющую обозначение в "скоростной" системе координат Ra. Скоростная система координат XaYaZa имеет ось Ха, которая совпадает с вектором скорости. Это важно, поскольку именно вектор скорости определяет траекторию. Так вот, составляющая вектора аэродинамической силы, направленная по оси Ya называется "подъемной" силой. Составляющая вектора аэродинамической силы направленный вдоль оси Ха, и обычно против скорости, называется "сопротивлением".
Ракета имеет свою, "связанную" систему координат XYZ, где ось Х совпадает с осью симметрии ракеты. Это к тому, что задача стабилизации ракеты - чтобы системы координат XaYaZa и XYZ при полете практически совпадали. Задача стабилизации любительской ракеты заметно проще - чтобы совпадали оси Ха и Х. Проще говоря, чтобы ракета не имела отклонений своей оси симметрии от направления полета. Хорошо стабилизированная ракета летит практически без отклонений, т.е. угол между осями Ха и Х близок к нулю. Это означает, что любая сила сопротивления имеет близкую к нулю поперечную составляющую к оси Х в системе ракеты XYZ и не может создавать каких-то вращательных моментов, влияющих на положения корпуса ракеты. Поэтому сопротивление не может рассматриваться как фактор стабилизации. А вот любая подъемная сила в условиях стабилизированного полета имеет практически 100% величины в системе ракеты и направлена поперек этой оси. То есть, малейшее отклонение ракеты от траектории (угол атаки) приводит к возникновению практически 100% подъемной силы. Поскольку крыло имеет относительно большую подъемную силу даже на малых углах атаки и, при этом, очень малое сопротивление, то стабилизатор выполненный в виде крыла создает большую поперечную силу и большой вращательный момент при малейшем отклонении ракеты от курса и мгновенно возвращает её в нормальное положение, т.е. в скоростную систему координат по оси Х. Не создавая при этом сильного сопротивления. Надо только, чтобы крыло стабилизатора было правильной формы, достаточного размера и установлено в нужном месте.

Да, на больших отклонениях ракеты от курса, т.е. большом угле между осями Ха и Х, даже сила сопротивления может иметь поперечную составляющую к оси Х и иметь влияние на стабилизацию. Но именно на БОЛЬШИХ, а если ракета отклоняется на большие углы от курса её нельзя назвать стабилизированной. Можно, конечно, наращивать силы сопротивления, но тогда ракета просто не полетит. Например, можно отлично стабилизнуться парашютом, только далеко ли улетишь?

Б.г.> Сила называется подъёмной, если она имеет ненулевую проекцию на перпендикуляр к вектору скорости.

Совсем запутался с пониманием подъемной силой. Раньше считал , что Жуковский+Бернулли= подъемная сила крыла.
Еще нашел, что
Подъёмная сила — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком.( Если не симметричность, значит есть дестабилизирующий момент?)

А теперь , что любой напор воздуха на плоскость стаба под углом есть подъемная сила?

EG54> Подъёмная сила — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости

Да.

EG54> А теперь , что любой напор воздуха на плоскость стаба под углом есть подъемная сила?

Сила, действующая на любую часть и перпендикулярная движению = "подъёмная".
В терминах аэродинамики.
А которая вдоль = "сопротивление".

Если деталь летящий хреновины предназначена для создания (в некоторых условиях) подъёмной силы, то часто такую деталь называют крылом.

Вот и перо стабилизатора, когда ракета летит сквозь воздух наклонно, оно создаёт силу, перпендикулярную движению = подъёмную. А значит, с точки зрения аэродинамики, перо стабилизатора = крыло.
А то, что сила на пере может быть нулевая или в другую сторону, вовсе не значит, что это не крыло.

Evgenij> Всегда думал, что подъемная сила создается у крыла (или стабилизатора, ибо это разновидность крыла) за счет искривления потоков газа (воздуха) над крылом и под крылом.....

Все твое искривление создает 15% подъемной силы!

Xan> Если деталь летящий хреновины предназначена для создания (в некоторых условиях) подъёмной силы, то часто такую деталь называют крылом.
С крылом понятно. Воздушный змей-крыло. Летит наклонно к встречному потоку и этот поток ПОДНИМАЕТ.
Xan> Вот и перо стабилизатора, когда ракета летит сквозь воздух наклонно, оно создаёт силу, перпендикулярную движению = подъёмную.

На рисунке ракета слева летит вверх. Потоки воздуха а и б не создают подъемную силу. Справа ракета летит наклонно. Но поток воздуха по отношению ракеты и стаба движеся по линии А и Б, а не по зеленным линиям. И где тут подъемная сила, которая должна подправить вертикаль? Ракета же не летит боком по вертикали. Она летит в сторону. И ни каких перпендикуляров(углов) по отношению к встречному потоку.

Xan>> Если деталь летящий хреновины предназначена для создания (в некоторых условиях) подъёмной силы, то часто такую деталь называют крылом.
EG54> С крылом понятно. Воздушный змей-крыло. Летит наклонно к встречному потоку и этот поток ПОДНИМАЕТ.
Xan>> Вот и перо стабилизатора, когда ракета летит сквозь воздух наклонно, оно создаёт силу, перпендикулярную движению = подъёмную.
EG54> На рисунке ракета слева летит вверх. Потоки воздуха а и б не создают подъемную силу. Справа ракета летит наклонно. Но поток воздуха по отношению ракеты и стаба движеся по линии А и Б, а не по зеленным линиям. И где тут подъемная сила, которая должна подправить вертикаль? Ракета же не летит боком по вертикали. Она летит в сторону. И ни каких перпендикуляров(углов) по отношению к встречному потоку.

Симметричная ракета, запущенная вертикально, должна лететь строго вдоль вертикали. Однако, мы наблюдаем, что ракеты, сразу по сходе с направляющей, начинают отклоняться в сторону, если не кувыркаться. Это значит, что, либо они несимметричны, либо несимметричен обтекающий их поток воздуха.
Стабилизаторы ничего не знают про вертикаль. Они приводят ракету к нулевому углу атаки, причём, истинному углу атаки, если во время старта ракеты у нас дует горизонтальный ветер, то угол атаки на стабилизаторах будет. И они создадут подъёмную силу, разворачивающую ракету носом к ветру.

Аэродинамически устойчивая ракета всегда стремится повернуть против ветра. А ветер в наших пусках всегда присутствует. Поэтому у ракеты с большим количеством избыточной устойчивости (= избыточной площади стабилизаторов) мало шансов полететь вертикально. "Ровно" - может быть, но наклонно (и при этом ровно).

Если мы исходно запускаем ракету наклонно в спокойном воздухе, то вначале стабилизаторы, действительно, не создают подъёмной силы и возвращающего момента. Но "же" начинает загибать траекторию к горизонту, и тут-то угол атаки и возникает.

Xan>> Вот и перо стабилизатора, когда ракета летит сквозь воздух наклонно, оно создаёт силу, перпендикулярную движению = подъёмную.
Все верно, ракета поддерживает не вертикаль, а становится в поток в соответствие с твоими зелеными линиями.

EG54> На рисунке ракета слева летит вверх.

У тебя рисунок неправильный.
Но мне уже спать пора!

Б.г.> Аэродинамически устойчивая ракета всегда стремится повернуть против ветра. А ветер в наших пусках всегда присутствует. Поэтому у ракеты с большим количеством избыточной устойчивости (= избыточной площади стабилизаторов) мало шансов полететь вертикально. "Ровно" - может быть, но наклонно (и при этом ровно).

Как по мне, "избыточная" устойчивость - это некий фетишь. Когда ракета набрала максимальную скорость, ветер ей обычно по-барабану. А на малых скоростях даже с небольшим запасом устойчивости ракета так или иначе все равно будет отслеживать все потоки. Вопрос надо ставить о достаточной устойчивости при сходе с направляющей, достаточной скорости, чтобы не нарваться на неприятности резкого наклона траектории к горизонту. А это не только запас устойчивости, но и характеристики разгона (мотора), длины направляющей, жесткости направляющей и т.п..
А большой размер стабилизаторов - это скорее вес и сопротивление, так что раздувать их размер не стоит по-любому.

Xan> Если деталь летящий хреновины предназначена для создания (в некоторых условиях) подъёмной силы, то часто такую деталь называют крылом.
Xan> Вот и перо стабилизатора, когда ракета летит сквозь воздух наклонно, оно создаёт силу, перпендикулярную движению = подъёмную. А значит, с точки зрения аэродинамики, перо стабилизатора = крыло.

А рейка теперь тоже будет крылом называться?
Напиши им об этом:
(Стабилизаторы для ракет | Pyrohobby - Магазин ПироХобби)

EG54> Справа ракета летит наклонно. Но поток воздуха по отношению ракеты и стаба движеся по линии А и Б, а не по зеленным линиям. И где тут подъемная сила, которая должна подправить вертикаль?

Такое возможно только при мгновенной перестройке ракеты из одного положения в пространстве в другое вслед за изменением направления потока. Это невозможно, так как её ускорение будет равно бесконечности... Ну там и скорость в бесконечность...

А вот поток как раз может обтекать ракету (любое тело) именно по зелёным линиям и все ракеты так и летают! Так как угол атаки 0гр - это недостижимый идеал на практике! Стабилизированная ракета в полёте как бы вьётся около угла атаки в 0гр.
А тут подъёмная сила (Y-компонента) везде на профиле всего корпуса ракеты со всеми её составляющими.
Но та часть, что будет ниже точки ЦМ будет стабилизировать, а та, что выше точки ЦМ, будет дестабилизировать.

Стабилизатором может быть даже сам корпус, даже любая часть произвольной формы летящего тела, которая расположена за его ЦМ, как у спускаемой капсулы Союза - его верхняя часть является стабилизатором, а это вообще горшок по форме.

SashaMaks> Стабилизатором может быть даже сам корпус, даже любая часть произвольной формы летящего тела,

Про любую планирующую поверхность, вроде как непоняток нет.
Но существенным качеством крыла с профилем Жуковского есть эта самая подъемная сила, поднимающая вверх , даже при нулевом угле атаки. Так сказать визитная карточка.
Поэтому внутреннее "Я" сопротивляется принять планирование с отклонением в потоке стаба за подъемную силу, как характерный, существенный фактор. У профиля Жуковского работает вся формула Бернулли. А у планирующего стаба( парашюта) только динамическая часть из ф. Бернулли.
Летаешь как фанера, выражение вероятно подразумевает, что чего-то не хватает до полного принятия понятия подъемной силы к фанере.
Но придется выучить и запомнить, что любая плоскость в потоке под углом поднимается, даже если она падает под углом к земле.
Физика интересная наука.

EG54> Но придется выучить и запомнить, что любая плоскость в потоке под углом поднимается, даже если она падает под углом к земле.
Кусок фанеры в руки и прыгайте с балкона. Не забудьте фанеру под угол поставить. До какого этажа поднимитесь?

EG54>> Но придется выучить и запомнить, что любая плоскость в потоке под углом поднимается, даже если она падает под углом к земле.
Evgenij> Кусок фанеры в руки и прыгайте с балкона. Не забудьте фанеру под угол поставить. До какого этажа поднимитесь?

До первого. Дальше лететь не куда.

EG54> Но существенным качеством крыла с профилем Жуковского есть эта самая подъемная сила, поднимающая вверх , даже при нулевом угле атаки. Так сказать визитная карточка.

Нет.
Это только для асимметричного профиля.
И то при этом "угол атаки" выбирается весьма условно.
По условной линии "хорда".

EG54> Поэтому внутреннее "Я" сопротивляется принять планирование с отклонением в потоке стаба за подъемную силу

Сила перпендикулярная потоку ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ называется подъёмной.
А не потому, что кто-то хочет, чтоб она что-то поднимала.
Принято её так называть.
Подъёмной она называется.
Называется она подъёмной.
Она подъёмной называется.
Даже если она ничего не поднимает, и даже если опускает.
Всё равно подъёмная.

Уфф!!!

Xan> Даже если она ничего не поднимает, и даже если опускает.
Xan> Всё равно подъёмная.
Xan> Уфф!!!

Да, вот, например, при управляемом спуске СА корабля "Союз" вначале подъёмная сила именно что опускает, чтобы торможение в разреженных слоях было посильнее, а потом СА крутят на 180 градусов и она поднимает, чтобы в чуть более плотных слоях атомсферы торможение было помедленнее, так удаётся снизить пиковую перегрузку вдвое, с 8-9 "же" до 4-4,5 "же".

Xan> Сила перпендикулярная потоку ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ называется подъёмной.

Что-то вы физики не договариваете. Плоский стаб под углом 45 гр. к потоку даст этот перпендикуляр к потоку. А если угол меньше?

Xan> Уфф!!!

Уфф совершенно понятно. Возражений нет.

EG54> Что-то вы физики не договариваете. Плоский стаб под углом 45 гр. к потоку даст этот перпендикуляр к потоку. А если угол меньше?

C_x = сопротивление
C_y = подъёмная

Независимо от картинки.

Xan>> Сила перпендикулярная потоку ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ называется подъёмной.
EG54> Что-то вы физики не договариваете. Плоский стаб под углом 45 гр. к потоку даст этот перпендикуляр к потоку. А если угол меньше?

Для малых углов атаки величина подъёмной силы для симметричного профиля прямо пропорциональна углу атаки. Т.е. если угол атаки 2 градуса, то подъёмная сила вдвое больше, чем при угле атаки в 1 градус.
С некоторого момента линейность портится, но до 11-15 градусов отклик можно считать линейным, в зависимости от относительной толщины.
Дальше идёт быстрый спад эффективности, но сама подъёмная сила продолжает расти, вплоть до критического угла атаки, который для типичных крыльев и малых дозвуковых скоростей находится в диапазоне 22-24 градуса.
После этого с увеличением угла атаки подъёмная сила уменьшается.
Поэтому при 45 градусах подъёмная сила меньше максимально возможной.

P.S. естественно, в формулу подъёмной силы, кроме угла атаки входят скоростной напор (ро вэ квадрат пополам) и безразмерный коэффициент Cy, называемый иногда коэффициентом качества. Аэродинамическое качество, однако, это не Cy, а отношение Cy/Cx.