Конструкция ракет XI

Атмосфера, глянул на твою картинку, не читая сообщение, и подумал - какой оригинальный проект ракеты ;^))

RocKI> ...Поверни ракету на 45 градусов относительно оси и получишь менее оптимистичную картину...
Если по рисунку - в первом случае два эффективных стабилизатора(условно, возьмём эффективность каждого равной единице) и два не эффективных, по нулю, итого общий момент стабилизации =2ед.
Во втором(45°) проекция каждого стабилизатора на плоскость рыскания не более половины от нормальной, но работают все четыре, итого опять общий момент стабилизации =2ед.
Видно, что корпус при рыскании заслоняет примерно половину двух стабилизаторов с одной стороны, значит их эффективность уже не 0.5 а примерно 0.25, итого 0.5+0.5+0.25+0.25=1.5ед., т.е. при Х-образном ориентировании стабилизирующий момент падает на четверть(очень приблизительно) относительно +образного.
Чтож, четверть - это довольно весомо.
Интересно получается, если ракета вращается, - стабилизирующий момент будет плавать на четверть от макс. значения с частотой вращения ракеты. Значит, если какое-то возмущение отклоняет вращающуюся ракету с курса, то она летит не по дуге, а по изогнутой синусоиде, раскачиваясь. И если частота рыскания совпадёт с частотой вращения, а фаза рыскания - с фазой раскачивания, возникающего в результате
вращения, то... А что там у Vegа было, в кратце?

RocKI> Основную причину я тебе назвал.

Я физики не понимаю, зачем мне наращивать длину цилиндрической части и увеличивать массу корпуса для увеличения устойчивости? Если ракета большую часть пути проходит на сверхзвуке или около него, то самым эффективным условием стабилизации будет сама скорость потока.

RocKI> Положение срывных зон, которые на толстом теле неизбежно возникают, нестабильно, что создает паразитные моменты, провоцирующие раскачку ракеты.

Так на длинном корпусе их будет только больше.

RocKI> Эффективность этой части оперения резко падает, что провоцирует еще большую раскачку.

Вовсе не резко, просто ЦД немного гуляет по длине фюзеляжа. В моём случае всего на 10мм. ЦТ тоже непостоянен из-за изменения массы ракета по мере расхода топлива, но это всё учитывается конструктивно.

Атмосфера> Значит, если какое-то возмущение отклоняет вращающуюся ракету с курса, то она летит не по дуге, а по изогнутой синусоиде, раскачиваясь. И если частота рыскания совпадёт с частотой вращения, а фаза рыскания - с фазой раскачивания, возникающего в результате
Совершенно верно, идет колебательный процесс. Любое боковое возмущение, например, при сходе с направляющей, и процесс пошел. И тут важно все для погашения колебаний. И момент инерции, который у короткой ракеты меньше, и толщина корпуса с большими градиентами поверхости, провоцирующая срывы обтекания и влияющая на работу стабилизатора и плечо оперения.


Атмосфера> вращения, то... А что там у Vegа было, в кратце?

Там было, кстати, очень интересно. Он умудрился поймать этот эффект в 2-3 раскачки. Но причина немного другая. Ракета имела большое удлиннение, но площадь стабилизатора была на грани фола. Роковую роль, на мой взгляд, сыграла форма обтекателя - довольно тупой конус с острым переходом на корпус. Когда началось рыскание с этой кромки пошел срыв потока. В эту зону попал и так недостаточно большой стабилизатор и раскачка пошла вразнос. Ракету в конце концов крутануло так, что сработала ССР. Ролик и обсуждение этого момента есть в болгарском топике. Българската следа :)
PS
Прошу прощения, память подвела. Это не у Vega, это ракета Fori "Ajax" Dragon-F.

SashaPro> Я физики не понимаю,

Физика действительно непростая, поэтому важно обеспечить ЗАПАС УСТОЙЧИВОСТИ. Для ракет с коротким толстым фюзеляжем это сделать сложнее.

SashaPro> Так на длинном корпусе их будет только больше.
Нет. Длинный корпус имеет меньше градиентов поверхности, то бишь кривизны.

SashaPro> Вовсе не резко, просто ЦД немного гуляет по длине фюзеляжа. В моём случае всего на 10мм. ЦТ тоже непостоянен из-за изменения массы ракета по мере расхода топлива, но это всё учитывается конструктивно.

Вспомни про физику , всё учесть невозможно.

И потом, Шурик, я тебя не уговариваю изменить свой аппарат. Просто предупреждаю. На мой взгляд, его форма и размеры оперения не дают нужного запаса по устойчивости.

SashaPro> Если ракета большую часть пути проходит на сверхзвуке или около него, то самым эффективным условием стабилизации будет сама скорость потока.

SashaPro, позволь тебя поправить.
Все ракеты стартуют с нулевой скоростью и несколько секунд разгоняются.
На эти несколько секунд ракета ТОЖЕ должна сохранять стабильную ориентацию.
Как по мне, сначала надо обеспечивать стабилизацию начального участка, а потом уже "на сверхзвуке".

Я усматриваю два "начальных" стабилизирующих фактора - 1) направляющий "штырь" (который не может быть длиной в десятки метров) и 2) момент инерции ракеты.
Второй фактор должен иметь достаточно большое значение - чтобы дестабилизирующий момент (от перекоса сопла или от ветра) НЕ УСПЕВАЛ развернуть ракету на значительный угол.

Условие стабилизации - это параметр ракеты. Отнюдь не скорость потока.
Внезапно отклонившаяся ракета должна самостоятельно возвращаться на нулевой курс/тангаж.
Ракету "возвращает" аэродинамическая сила - если она имеется и действует в нужном направлении.
Дальше нужно "копать" самостоятельно - рисовать ракету, моменты и т.д.

Применительно к твоей версии конструкции - я бы стабилизаторы увеличил по площади и вынес вниз на половину длины корпуса.
Кроме того - я не нашел в твоих двигателях ни одного, который сразу дает полную тягу. Ракета соскочит с направляющей, завалится, а потом даст "полный газ", в случайном направлении.

Кстати, RocKI на болгарском форуме написал блестящую фразу:

Ракета должна быть не просто "устойчива", а иметь некоторый достаточный "запас" устойчивости на компенсацию всякого рода неожиданностей. А расчет устойчивости "по площадям", которым обычно пользуются ракетчики вообще не очень корректен.

RocKI> Длинный корпус имеет меньше градиентов поверхности, то бишь кривизны.

На счёт градиентов не понял, по части как это учесть и как понять?
Если ты о колебаниях давления на поверхности, то чем меньше площадь поверхности, и чем ближе эти колебания возникают к ЦТ, тем меньшие по силе возмущения они вызывают. Более того, длинные корпуса менее жестки и требуют больше материала для обеспечения той же удельной прочности, что короткие. Длинные корпуса в большей степени работают на изгиб - весьма нежелательный вид нагружения. Пока я вижу только недостатки. Единственный плюс - это уменьшение миделевого сечения, но калибр ракеты и так уже 45мм при внутреннем калибре двигателя 40мм.

RocKI> На мой взгляд, его форма и размеры оперения не дают нужного запаса по устойчивости.

Момент стабилизации определяется не только расстоянием между ЦД и ЦТ. Ещё скоростью потока. См. далее.

Ckona> Как по мне, сначала надо обеспечивать стабилизацию начального участка, а потом уже "на сверхзвуке".

Это не водяная ракета.
Тяга на старте в 20раз превосходит стартовый вес и более чем в 50раз в конце активного участка полёта.

Ckona> ...чтобы дестабилизирующий момент (от перекоса сопла) НЕ УСПЕВАЛ развернуть ракету на значительный угол.

Влияние отклонение вектора тяги я пока не могу посчитать. Не знаю как учесть распределение кинетических энергий на поступательное перемещение и на вращательное при инерционной опоре.

Ckona> ...чтобы дестабилизирующий момент (от ветра) НЕ УСПЕВАЛ развернуть ракету на значительный угол.

Приближение ЦД к ЦТ позволяет свести к минимому дестабилизирующее влияние боковых порывов ветра.

Ckona> Условие стабилизации - это параметр ракеты. Отнюдь не скорость потока.
Ну вот смотри, что ты дальше пишешь:
Ckona> Ракету "возвращает" аэродинамическая сила - если она имеется и действует в нужном направлении.
Ещё как имеется, речь идёт о высоких скоростях полёта.

Mст = С*р*V*V*S*l/2

Mст - стабилизирующий момент
c - безразмерный коэффициент
p - плотность воздуха
V - скорость ракеты
S - миделево сечение
l - плечо (расстояние между ЦД и ЦТ)

Думаю, зависимость стабилизации от скорости ракеты очевидна в сравнении с остальными факторами.

Ckona> Кроме того - я не нашел в твоих двигателях ни одного, который сразу дает полную тягу.

Выход на режим у моего двигателя занимает 0,1-0,2сек. Это много?

Ckona> Применительно к твоей версии конструкции - я бы стабилизаторы увеличил по площади и вынес вниз на половину длины корпуса.

Т.е. удлинить их вверх. Возможно так и сделаю, когда уже точно будет известен ЦТ.
Стабилизаторы пока ещё в расчёте. Как их площадь, так и профиль. Хотя профиль я наверное тоже буду делать остроугольный, а не плавный. Вот уже прикинул в 3D:

Ckona>> я бы стабилизаторы увеличил по площади и вынес вниз на половину длины корпуса.
SashaPro> Т.е. удлинить их вверх.

Твоя логика напоминает женскую. У меня пропали все аргументы...

RocKI> Твоя логика напоминает женскую. У меня пропали все аргументы...

Просто я с рабочего компа, не своего, выходил и в суматохе, благодаря ещё неважному зрению, не так слово прочитал. Зато вариант, который пришёл мне в голову явно нравится, значительно расширяет возможности по управлению положения ЦД. Сверху такие вытянутое стабилизаторы немного дестабилизируют, но зато снизу уже гораздо большая площадь на консолях становиться. В целом должно быть лучше.

Ckona> Применительно к твоей версии конструкции - я бы стабилизаторы увеличил по площади и вынес вниз на половину длины корпуса.

А как же флаттер? Я не уверен, что у меня получиться сделать их достаточно жёсткими.

SashaPro> зато снизу уже гораздо большая площадь на консолях становиться

Так не бывает. Наращивая спереди, смещаешь ЦД вперед.

SashaPro> Тяга на старте в 20раз превосходит стартовый вес. Выход занимает 0,1-0,2сек.

Делаем прикидку:
Ракета "заточена" на М=1,2 (400 м/с)
Минимальную аэродинамич.устойчивую скорость принимаем 80 м/с.
Пренебрегаем аэродинамическим сопротивлением !!
Время достижения такой скорости - 0,4 секунды !считая от момента выхода двигателя на режим.
За это время ракета может пролететь - 16 метров.

16-метровых направляющих еще не было.

Делаем вторую прикидку.
Пусть тяга нарастает равномерно - от нуля до 20-ти стартовых весов за 0,2 с.
Время выхода на "два стартовых веса" - 0,02 с.
Пусть направляющая имеет длину 2 метра.
Ракета пройдет это расстояние за 0,23 с и сойдет с направляющей со скоростью 26 м/с.
Скорость схода с направляющей примерно в 20 раз меньше, чем маршевая скорость.

Какие должны быть стабилизаторы, чтобы ракета на такой скорости не свернула в сторону земли ?

Клюну в другое место: а с какой линейной скоростью планируется крутить ракету на веревочке - 26 м/с или 400 м/с ?

Ckona> ...устойчивую скорость принимаем 80 м/с.

Много. Кажись около 20.

Ckona> Какие должны быть стабилизаторы, чтобы ракета на такой скорости не свернула в сторону земли ?

"Обычные" уже прекрасно работают.

Ой, а ты уверен, что даже за 1 или 2 сек ракета успеет развернуться на значительный угол после старта?
Я уже писал, про поступательную и вращательную энергии. Как они соотносятся между собой при инерционной опоре? Как посчитать какое будет угловое ускорение при известном угле оклонения вектора тяги?

RocKI> ...Там было, кстати, очень интересно... Ракету в конце концов крутануло так, что сработала ССР. Ролик и обсуждение этого момента есть в болгарском топике. Българската следа :)
Наконец-то удалось скачать этот ролик(отличная, надо сказать, короткометражка, молодцы!). Хорошее натурное представление проблемы, можно в скрижали Ракетомодельного записывать, как пособие.

RocKI>> Ракету в конце концов крутануло так, что сработала ССР.

Этот момент обсуждали?

RocKI>>> Ракету в конце концов крутануло так, что сработала ССР.
SashaPro> Этот момент обсуждали?

момента на сраборване на ССР и конструкцията на ракетата са показани на снимките. Висококачествена версия на видеото от 25-Юли-2009 (както и на всички останали видеоклипове от запуските на нашите срещи) има тук: http://www.magla.info/vmk/www/

-VMK-> момента на сраборване на ССР и конструкцията на ракетата са показани на снимките.

А в каком состоянии был двигатель после полёта?

-VMK->> момента на сраборване на ССР и конструкцията на ракетата са показани на снимките.
SashaPro> А в каком состоянии был двигатель после полёта?

В момента не разполагам с точни данни (остатъчен шлак в горивната камера, прегрев и др.пд.), но по спомени мога да кажа, че двигателя отработи щатно. Това се вижда и на снимките. Автора (fori) предупреди, че има минимална промяна в състава на горивото: (Дракон-Ф) и очаква по-дълго време на работа...

Ckona>> ...устойчивую скорость принимаем 80 м/с.
dek> Много. Кажись около 20.

Точно. Вот 2 странички из книги Канаева В.И. "Ключ на старт"

dek> Точно. Вот 2 странички из книги Канаева В.И. "Ключ на старт"

Помню эту книжку, давно её уже не видел. Делал ракеты с большой тягой и перегрузками более 10G. Легко и точно вертикально стартовали без направляющих вообще.

Ckona> Минимальную аэродинамич.устойчивую скорость принимаем 80 м/с.

Вот тут маленький недобор:

Всего лишь 5м/с!?

Ckona> а с какой линейной скоростью планируется крутить ракету на веревочке - 26 м/с или 400 м/с ?

Примерно 10м/с.

dek> Вот 2 странички из книги

В книге в качестве дестабилизирующего фактора рассматривается ветер со скоростью 10 м/с. Перекос сопла и бросок от упруго изогнутой направляющей остаются "за кадром".

В качестве "живых примеров" в книге приводятся ракеты с "обычными классическими" стабилизаторами. При таких стабилизаторах я согласен - минимальную аэрод.устойчивую скорость (м.а.у.с.) можно принимать 20 м/с.

В текущей версии проекта SashаPro ракету планируется разгонять до сверхзвуковой скорости, стабилизаторы имеют острый треугольный вид. Не может при таких стабилизаторах и при такой форме ракеты быть м.а.у.с. 20 м/с.! Поэтому в "прикидках" взята в 4 раза бОльшая цифра.

---

Саша, искренне аплодирую тебе по части аргументирования.
Но не только скорость является стабилизирующим фактором !
Водяная ракета "Кряква-2" имеет весьма большой момент инерции, ее не так-то легко "крутануть".
Я его считал, цифру не помню - но результат был таков:
при перекосе сопла в 1 градус стартующая ракета успеет развернуться на 30 градусов за 0,28 секунды.
В пересчете на видеосьемку - это около 20 кадров, скорость будет более 30 метров в секунду.
Посмотри два запуска в видео "Кряквы-2", на них хорошо виден разброс в "вертикальности взлета". Который "в расчетных пределах". Видно также изменение траектории по мере роста скорости (второй запуск).

Есть видео верикального взлета тяжелой стартовой ступени будущей ракеты (2,7 кГ). Без стабилизаторов !
Как только момент инерции уменьшился - все ! Круть - и вниз.

dek>> Перекос сопла и бросок от упруго изогнутой направляющей остаются "за кадром".

Не замечал у своего двигателя перекоса сопла сколько-нибудь значительного. И направляющие у меня не упругие прутики, а жёсткие пространственные конструкции.

Ckona> Не может при таких стабилизаторах и при такой форме ракеты быть м.а.у.с. 20 м/с.!

А почему не может? Как ты узнал?

Ckona>> Не может при таких стабилизаторах и при такой форме ракеты быть м.а.у.с. 20 м/с.!
SashaPro> А почему не может? Как ты узнал?

Никак не узнавал.
Мой аргумент - сравнение посадочной скорости АН-2 и А310.
Крылья разные, и минимальная скорость устойчивого полета - соответственно.

(я дописал предыдущее сообщение).

Ckona> В текущей версии проекта SashаPro ракету планируется разгонять до сверхзвуковой скорости, стабилизаторы имеют острый треугольный вид. Не может при таких стабилизаторах и при такой форме ракеты быть м.а.у.с. 20 м/с.! Поэтому в "прикидках" взята в 4 раза бОльшая цифра.

Для СЕБЯ я считаю такие основные требования к форме стабилизаторов: внешний вид, минимальное аэродинамическое сопротивление, форма должна обеспечивать прочность конструкции. Запас стабильности 2-3 калибра должен быть независимо от формы и скорости (м.а.у.с. 20 м/с).