Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

PopovIgor>> Проверяй
Gematogen> Я конечно формулки посмотрю, но позже.
Gematogen> А пока - ты согласен с тем, что этот расчет справедлив только пока ракета не стартовала?
Нет.
Но уже отмечал, что этот клин будет уменьшаться в зависимости от силы тяги. Этот момент совсем точно посчитать трудно.

Serge77> Тогда ртутный датчик сработает в апогее!

Причём тут ртутный датчик????? Причём тут невесомость?????
Весомость в данном случае есть, это же активный участок полёта ракеты.

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

Не правильно.
Правильно:
Поверхность воды устанавливается перпендикулярно сумме векторов: гравитационного ускорения и силе инерции воды, которая направления противоположно силе тяги.

SashaPro> Поверхность воды устанавливается перпендикулярно сумме векторов: гравитационного ускорения и силе инерции воды, которая направления противоположно силе тяги.
Я тоже так думаю, хотя все хором пытаются убедить, что зеркало будет перпендикулярно силе тяги.

Причем для тех же исходных, например, с соплом ф9 сила инерции воды составит 56 Н при тяге 78 Н, а сила тяжести воды - только 12 Н. Вот и результирующая, при малых углах результирующая составит с силой тяги совсем небольшой угол.
Но, не перпендикулярно!

Ты видел, я там расчет по ЦТ поправил.

PopovIgor> Я тоже так думаю, хотя все хором пытаются убедить, что зеркало будет перпендикулярно силе тяги.

Да вот, тоже странно, взяли и убрали поле тяготения)))

PopovIgor> Ты видел, я там расчет по ЦТ поправил.

Да, видел, теперь уже лучше сходятся цифры. Однако - это всего лишь один из факторов, который может поспособствовать более быстрому развороту ракеты во время движения на активном участке полёта или даже наоборот, уже зависит от колебания жидкости. А это уже отдельный более сложный расчет, но где-то у меня есть целая книга об этом, попробую поискать, так как эта тема очень актуальна была для жидкостных ракет.

Другой фактор, который наглядно применим к ракете Ckona, из-за которого ракету крутануло - это никуда негодная жёсткость стыковочного узла, и, как следствие, всей ракеты в целом. Её сильно изогнуло, а потом и крутануло, под конец, когда уже почти вся вода из бустера была израсходована.
Наверняка его бы ракета не прошла бы даже простейшего теста на жёсткость корпуса, когда корпус фиксируется за нижнее днище и вся ракета удерживается горизонтально. При этом она не должна заметно изгибаться и тем более разрушаться.

SashaPro> А это уже отдельный более сложный расчет, но где-то у меня есть целая книга об этом, попробую поискать, так как эта тема очень актуальна была для жидкостных ракет.

Нашёл:
К.С. Колесников, Динамика ракет: Учебник для вузов. 2-е изд., исправл. и доп. - М.: Машиностроение, 2003. 520с.: ил.

SashaPro> Да вот, тоже странно, взяли и убрали поле тяготения)))
Наверное, и космонавт перегрузок не испытывает )))

SashaPro> Да, видел, теперь уже лучше сходятся цифры. Однако - это всего лишь один из факторов, который может поспособствовать более быстрому развороту ракеты во время движения на активном участке полёта или даже наоборот, уже зависит от колебания жидкости.
Несомнено будет колебательный процесс, но это уже дебри.
SashaPro> Другой фактор, который наглядно применим к ракете Ckona, из-за которого ракету крутануло - это никуда негодная жёсткость стыковочного узла, и, как следствие, всей ракеты в целом. Её сильно изогнуло, а потом и крутануло, под конец, когда уже почти вся вода из бустера была израсходована.
При оценке поворачивающего момента возникающего из-за смещения ЦТ при наклоне на старте я изначально допустил, что все остальное ровно и жестко.
Чтобы количественно и качественно изучить только этот фактор.
Однако, в реальности бОльшее значение имеют:
1. неуравновешенность масс относительно оси
2. изгиб планера
3. нежесткость, как корпуса, так и соединений частей, увеличивающая изгиб при нагрузке
4. кривое сопло

С п.3 еще бороться и бороться.
Брат-2 уже не раз показал на видео к чему приводят полеты с изгибом в месте соединения. Ckona лишний раз подтвердил.
Т.к. в УРСах применяется везде Гардена, подозреваю, что изгиб резко увеличивается после освобождении захватов в момент частичного выхода штуцера из гардены.



Михаил, ты "грозился" добавить в программу колонку с силой тяги?
Нужна.

PopovIgor> А если сила тяги бесконечно мала?
Вот это уже интересно.
Ракета не двинется, пока сила тяги не превысит силу тяжести.
PopovIgor> Все-равно перпендикулярно оси???
Да.
PopovIgor> А не результирующему вектору силы тяжести и силы тяги?
Да ты пойми - ракета падает вместе с водой и не может задержаться, чтобы дать воде опору.
PopovIgor> Тяга закончилась. Летит по инерции в том же направлении. Где будет зеркало?
Чтобы было легче представить, представь, что она падает из космоса. Сопротивления воздуха нет.
PopovIgor> Спускаем ракету в том же наклонном положении на парашюте. Где будет зеркало?
Парашют создает внешнюю силу. И зеркало воды будет перпендикулярно вектору этой силы при установившемся режиме. Пример неудачный, так как при спокойном спуске это направление совпадает с силой реакции опоры на силу тяжести

SashaPro> Другой фактор, который наглядно применим к ракете Ckona, из-за которого ракету крутануло - это никуда негодная жёсткость стыковочного узла, и, как следствие, всей ракеты в целом. Её сильно изогнуло, а потом и крутануло, под конец, когда уже почти вся вода из бустера была израсходована.
SashaPro> Наверняка его бы ракета не прошла бы даже простейшего теста на жёсткость корпуса, когда корпус фиксируется за нижнее днище и вся ракета удерживается горизонтально. При этом она не должна заметно изгибаться и тем более разрушаться.
На стыковочный узел на воде действует очень большой изгибающий момент.
Ми=Fт*L*Sin a, где L - расстояние от УРС до ЦТ верхней ступени.
При отклонении 5 на открытом горле при L=0,5 м
Ми=19,6 Н*м (2 кгс*м) и он будет только увеличиваться из-за дополнительного изгиба от этого момента.
Вот и тестировать надо не только своим весом горизонтально, но учитывая эти нагрузки.

Gematogen> Да ты пойми - ракета падает вместе с водой и не может задержаться, чтобы дать воде опору.
Gematogen> Чтобы было легче представить, представь, что она падает из космоса. Сопротивления воздуха нет.

Но ракета поворачивается, отклоняясь от курса, когда летит на активном участке полёта - это когда есть сила тяги и двигатель работает!

Между тем, никто аргументированно не возразил вот на это:
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.
Gematogen> Сила взаимодействия - равна силе тяги и противоположна по знаку. Сила тяжести сократилась.
Всего несколько тезисов:
1 - зеркало воды перпендикулярно вектору силы с которой между собой взаимодействуют вода и ракета.
2 - сила взаимодействия между ракетой и водой - это результат вычитания суммы сил действующих на воду из суммы сил действующих на ракету (или наоборот - ничего не изменится)
3 - и на ракету и на воду действует сила тяжести, на ракету еще действует сила тяги и сила сопротивления воздуха.
4 - пока скорость падения мала и сопротивление воздуха пренебрежимо мало, сила тяжести действующая на ракету и на воду взаимно компенсируются. По мере продолжения падения нарастает скорость и сопротивление воздуха. Эта сила вычитается из силы тяжести ракеты и при сложении сил дает силу реакции опоры на воду. Вот тогда результирующая сила взаимодействия воды и ракеты (векторное сложение силы тяги и силы сопротивления воздуха) становится несоосна оси ракеты. Но это уже связано со скоростью падения, а не с массой воды и т.п.

PopovIgor>> А если сила тяги бесконечно мала?
Gematogen> Вот это уже интересно.
Gematogen> Ракета не двинется, пока сила тяги не превысит силу тяжести.
PopovIgor>> Все-равно перпендикулярно оси???
Gematogen> Да.

Ладно. Как старый теоретик, старому теоретику.
Наша ракета наполовину заполнена водой массой М, находится в поле тяготения Земли горизонально и находится в покое либо движется равномерно вдоль своей оси, что равнозначно. Зеркало воды параллельно Земле.
Оболочка невесома.
Добавили силу F = М*g направленную вдоль оси.
Что будет с водой?
Очевидно, что ее "потянет" в сторону.
Как?
Да очень просто. Поверхность будет под 45 к Земле.
Или перпендикулярно?
Уберем силу.
Вода под действием силы тяжести вернется в горизонт?
Или так останется перпендикулярной?

Теперь эту силу возьмем бесконечно малой.
Что будет с водой? Опять мгновенно перпендикулярно?

Вы сами себя запутали.

SashaPro> Но ракета поворачивается, отклоняясь от курса, когда летит на активном участке полёта - это когда есть сила тяги и двигатель работает!
Уходим от темы?
К центру тяжести ракеты приложены две силы - сила тяжести и сила тяги (минус сила сопротивления).
Сила тяги направлена по оси ракеты (по крайней мере, так задумано), сила тяжести - к земле.
Легко убедиться, что результирующая сила при наклоне ракеты не совпадает с осью ракеты.
По идее - при неустойчивом состоянии ракеты должен возникнуть поворачивающий момент приводящий ракету к вертикали (этакая ООС ).
Это значит, что мой файл неправильно рассчитывает наклон для ракеты в неустойчивой фазе.

Я думаю, что в большей степени на поворот влияют погрешности сопла - угол установки, несоосность, некруглость.

Gematogen>> Сила взаимодействия - равна силе тяги и противоположна по знаку. Сила тяжести сократилась.

Реальный мир несколько менее идеален. Это для активного участка полёта:
1. Нет строго вертикального направления главной оси ракеты на старте, а, значит есть её начальное угловое отклонение и наклон поверхности воды.
2. Нет и не будет точного совпадения линии действия силы тяги с ЦМ. Они не совпадают по углу и по координатам, которые ещё и постоянно меняются.
3. Всегда есть геометрическая погрешность изготовления ракеты, и есть несовпадение ЦД и осью ракеты, из-за меняющегося угла атаки полёта ракеты, ЦД так же гуляет в неком объёме.
4. Не совпадает с геометрической осью ракеты и координаты ЦУИ (центра угловой инерции), который так же гуляет и меняется по модулям во всех трёх направлениях.

Я могу и дальше продолжать)))
Не имея полноценной трёхмерной модели, которая могла бы, учесть всё это, делать выводы, даже теоретические, очень сложно, когда столько факторов, и какой из них и как влияет на устойчивость полёта просто не возможно определить.

Это ты себя запутал.
PopovIgor> Наша ракета наполовину заполнена водой массой М, находится в поле тяготения Земли горизонально и находится в покое либо движется равномерно вдоль своей оси, что равнозначно. Зеркало воды параллельно Земле.
Добавляем небольшое уточнение: кто-то ведь должен визуально фиксировать результаты? Поэтому эксперимент проводится на высоте примерно 400 км, прямо возле МКС.
Это ведь не нарушает ни одного из твоих условий? Ракета находится в поле тяготения земли и движется равномерно вдоль своей оси с первой космической скоростью7
А космонавты наблюдают за ходом эксперимента и медленно выпадают в нерастворимый осадок: у них на МКС вода сворачивается в шарик, а в нашей бутылке - "держит горизонт"!

Прорыв!Теперь они могут принимать настоящую ванну, а не мыться в подобии пылесоса. Если, конечно, смогут выведать секрет нашей бутылки...
PopovIgor> Оболочка невесома.
Да хрен с ней - пусть будет весома.
PopovIgor> Добавили силу ...
PopovIgor> Уберем силу.
PopovIgor> Теперь эту силу возьмем бесконечно малой.
PopovIgor> Что будет с водой? Опять мгновенно перпендикулярно?
Нет, не мгновенно. Но это определяется уже силами внутреннего взаимодействия.

Gematogen> Уходим от темы?
Уходим, я думаю мы Сашей вас убедили

Gematogen> Легко убедиться, что результирующая сила при наклоне ракеты не совпадает с осью ракеты.
Gematogen> По идее - при неустойчивом состоянии ракеты должен возникнуть поворачивающий момент приводящий ракету к вертикали (этакая ООС ).
Школьная задачка. Летит по баллистической кривой, "Тело брошено под углом к горизонту с начальной такой-то, сопротивлением воздуха пренебречь."
Gematogen> Это значит, что мой файл неправильно рассчитывает наклон для ракеты в неустойчивой фазе.
К сожалению, скорее всего это так. Думаю мы не в силах рассчитать сопротивление (не лобовое, учти тангаж и рысканье!), а также эффект планирования (подъемная сила то есть?).

Gematogen> Уходим от темы?

Нет, не уходим, а не циклимся на одном ответе.

Ракету повернуло при старте (несоосности, неточности и пр.), как обычно, а потом довернуло и сломало, так как жёсткость хилая. Тут везде свой фактор дестабилизации сделал своё вложение. Просто на сей раз, они все вместе дружно решили посодействовать такому полёту.

Gematogen> К центру тяжести ракеты приложены две силы - сила тяжести и сила тяги (минус сила сопротивления).

Сила тяги не приложена к ЦТ. У неё своя есть точка приложения.

Gematogen> Сила тяги направлена по оси ракеты (по крайней мере, так задумано), сила тяжести - к земле.

Реальности на твои задумки, как по барабану...

Gematogen> По идее - при неустойчивом состоянии ракеты должен возникнуть поворачивающий момент приводящий ракету к вертикали (этакая ООС ).

Интересная идея ))) А обоснования есть теоретические, практические?

PopovIgor> К сожалению, скорее всего это так. Думаю мы не в силах рассчитать сопротивление (не лобовое, учти тангаж и рысканье!), а также эффект планирования (подъемная сила то есть?).

Уже в силах. Для этого нужно просто освоить самый элементарный расчёт продувки в Flow, там всё сводиться к получению расчётных сил сопротивления в трёх проекциях, и моментах вращения, плюс ещё дорасчёт координат ЦД и этого будет предостаточно, чтобы моделировать подъёмную силу, планирование, колебания и пр.

Правда считать много придётся, а потом применять двумерную интерполяцию, но дорогу осилит идущий...

SashaPro> Реальный мир несколько менее идеален.
Согласен
SashaPro> 1. Нет строго вертикального направления главной оси ракеты на старте, а, значит есть её начальное угловое отклонение и наклон поверхности воды.
Да, до момента старта - стопудово.
SashaPro> 2. Нет и не будет точного совпадения линии действия силы тяги с ЦМ. Они не совпадают по углу и по координатам, которые ещё и постоянно меняются.
SashaPro> 3. Всегда есть геометрическая погрешность изготовления ракеты, и есть несовпадение ЦД и осью ракеты, из-за меняющегося угла атаки полёта ракеты, ЦД так же гуляет в неком объёме.
Все это совершенно верно и абсолютно не относится к обсуждаемому вопросу.
Хотя должен признать, что дискуссия относится к чистой теории, а перечисленные факторы непосредственно влияют на полет ракеты в начальной фазе.
SashaPro> 4. Не совпадает с геометрической осью ракеты и координаты ЦУИ (центра угловой инерции), который так же гуляет и меняется по модулям во всех трёх направлениях.
Что такое центр угловой инерции? Я просто не в курсе. Яндекс тоже.
Обычно вращение происходит вокруг центра масс.
SashaPro> Не имея полноценной трёхмерной модели, которая могла бы, учесть всё это, делать выводы, даже теоретические, очень сложно, когда столько факторов, и какой из них и как влияет на устойчивость полёта просто не возможно определить.
Да, это так. Но мы можем исследовать отдельные факторы, кажущиеся нам важными. Это позволяет как дать реальную оценку исследуемого фактора, так и предложить меры по его снижению в случае критического влияния.
Мне кажется, Игорь именно начал именно такое исследование в отношении одного из факторов, о котором раньше никто не подумал. В итоге мы или согласимся с пренебрежимо малым влиянием или будем его учитывать.

Gematogen> Да, до момента старта - стопудово.

И в момент старта тоже. Или ты думаешь, что когда они дают пня своим ракетам во время старта, то они стартуют строго перпендикулярно гравитационному полю? Да и всё равно, так ракеты на старте не выставить. Я даже для этого и соответствующих приборов ещё ни у кого не наблюдал, всё на глазок делается.

Gematogen> Все это совершенно верно и абсолютно не относится к обсуждаемому вопросу.
Gematogen> Хотя должен признать, что дискуссия относится к чистой теории, а перечисленные факторы непосредственно влияют на полет ракеты в начальной фазе.

Чистая теория не интересна, так это просто похоже не мерение "пиджаками", кто умнее, а не на решение проблемы.

Gematogen> Что такое центр угловой инерции? Я просто не в курсе. Яндекс тоже.
Gematogen> Обычно вращение происходит вокруг центра масс.

Он же самый, ЦМ.

Gematogen> Да, это так. Но мы можем исследовать отдельные факторы, кажущиеся нам важными. Это позволяет как дать реальную оценку исследуемого фактора, так и предложить меры по его снижению в случае критического влияния.

Кажущиеся нам важными, и реальной оценки поэтому ини не дадут, так как мы не знаем, как эти факторы будут проявлять себя при наличие других. Здесь можно круто ошибиться.

Gematogen> Мне кажется, Игорь именно начал именно такое исследование в отношении одного из факторов, о котором раньше никто не подумал. В итоге мы или согласимся с пренебрежимо малым влиянием или будем его учитывать.

Да я уже его предлагал учитывать:

SashaPro> Уже в силах.
SashaPro> Правда считать много придётся, а потом применять двумерную интерполяцию, но дорогу осилит идущий...
Это все интересно, конечно, но, думаю, не очень востребовано )))

Михаил, насколько я понял, расчет удаления тебе был нужен для оценки безопасного удаления?
Вот и считай ракету материальной точкой, без воздуха, сначала под действием двух сил, затем только силы тяжести. Будет немного больше, ну и пусть, зато с запасом.

Скажите мне другое, братцы.
Летит двухступенчатая ракета массой М1, которая падает до Мо1, + М2, которая постоянна. Строго вертикально.
Сила тяги F1 и падает до нуля. Сила выталкивания штуцера из УРС F2 - она постоянна.
Силой сопр. воздуха пренебрегаем.
В какой момент произойдет разделение?

PopovIgor> Это все интересно, конечно, но, думаю, не очень востребовано )))

Для водяных, относительно медленных ракет, да, не очень востребовано, а вот типичных любительских РДТТ, очень важно. Так как тут могут быть значительные потери по высоте полёта и важно их выявить и устранить с минимумом затрат.

Voldemar> Народ, к чему споры?
Voldemar> Один пуск с камерой снимающей уровень воды краем цепляющая горизонт.
Voldemar> Точно и достоверно. Просто и доказательно.
Да Бог с ней, с водой!

Даже, если она назад при старте не вернется, видно, что смещение настолько мало, посчитали даже при 45 , что возникающий поворачивающий момент настолько мал, что им можно пренебречь.

Думаю, если кому-нибудь придет в голову запускать ракету горизонтально, то это совсем другие цели

.....
PopovIgor> Скажите мне другое, братцы.
....
Так как братец – это ко мне, а ракета имеет динамический УРС, то есть без фиксации, при этом у первой сопло 23мм, у второй -9мм, все нюансы опускаем, то, как только F2>F1 ступени и расстыкуются. Такой ответ, понятно, тебя не устроит, так как вопрос с подвохом, но как не мудри - это произойдет именно в этот момент! Ступени расстыкуются не только вперед, но и назад!