Аэродинамика ракет

Mihail66> Сомневаюсь что напора этой струи будет достаточно для того, чтобы ГО стал "вторым парашютом".

С Вами согласен - конечно, нужен эксперимент!

Xan> Всё "щупать своими руками" гораздо полезнее, чем читать чужие объяснения.
Xan> Хотя и затратнее!
Спасибо! Мысль про симулятор интересная. Конечно, в этом симуляторе тело поведет себя так, какой будет алгоритм программы. И если в нем будут формулы, отражающие движение тела, брошенного под углом к горизонту (в нашем примере этот угол равен 90 градусов), то тело упадет в точку старта, не изменив своего положения в пространстве. И будет апогей, и будет остановка в нем, и будет нулевая перегрузка.
И нам надо выяснить, какая чертовщина заставляет ракету крениться вблизи этого апогея, да еще менять траекторию полета. В общем, необходимо перевести причину в физическую модель, и далее в программные строчки. И тогда симулятор даст ответ! Но пока такую причину мне никто не называет. У "причины" должна быть формализованная структура, т.е. это или схема сил, или формулы.
Поэтому в программе я задал угол пуска 45 градусов, и ракета грохнулась в стороне. Но это не симулятор. Симулятор, когда кнопками управляешь - у меня вот так это все получилось ...вместо ракеты - шарик (поленился ракету в графике изображать)

Чайник> 2. За счет чего общий вектор скорости увеличивает наклон? Ракету запускают в основном в штиль, и никакие сторонние силы на нее не воздействуют. Мы не будем рассматривать сложные случаи боковых ветров.

Вообще реальный двигатель выдаёт тягу с отклонением от вертикали. С учётом неравномерного горения поверхности топлива отклонение всегда будет меняться. Корпус реальной ракеты вдоль оси ни когда не будет собран идеально. При больших скоростях любое отклонение даст хорошую аэродинамическую силу. Это приводит к произвольным отклонениям ракеты на активном участке. На выходе из активного участка ракета летит с некоторым наклоном к вертикали, т.е. по параболе.

Tayfur> Вообще реальный двигатель выдаёт тягу с отклонением от вертикали. С учётом неравномерного горения поверхности топлива отклонение всегда будет меняться. Корпус реальной ракеты вдоль оси ни когда не будет собран идеально. При больших скоростях любое отклонение даст хорошую аэродинамическую силу. Это приводит к произвольным отклонениям ракеты на активном участке. На выходе из активного участка ракета летит с некоторым наклоном к вертикали, т.е. по параболе.
Скорее всего, в районе апогея ракета превращается в элементарный флюгер. На высоте 800 - 1000 метров, где в большинстве своем летают ракеты форумчан, всегда есть ветер! Всегда !!!
А скорость ракеты в этом районе приближается к нулевой. ЦТ (ЦМ) ракеты смещается к голове, ибо топливо выгорело, что еще усиливает свойства этого флюгера. Ракету высотный ветер начинает разворачивать по углу тангажа.
Такой же ракетный флюгер наблюдается у ракеты в первые 10 - 50 метров вертикального взлета. Но это только при наличии ветра в точке старта.

Evgenij> Скорее всего, в районе апогея ракета превращается в элементарный флюгер. На высоте 800 - 1000 метров, где в большинстве своем летают ракеты форумчан, всегда есть ветер! Всегда !!!

Вот ещё один фактор - слоистость атмосферных потоков (ветра) от высоты. Так что от параболы не уйти.

Evgenij>> Скорее всего, в районе апогея ракета превращается в элементарный флюгер. На высоте 800 - 1000 метров, где в большинстве своем летают ракеты форумчан, всегда есть ветер! Всегда !!!
Tayfur> Вот ещё один фактор - слоистость атмосферных потоков (ветра) от высоты. Так что от параболы не уйти.
Слоистость потоков ветра и их направление на параболу не влияет, а вот разница скоростей в слоях и разница направлений этих слоев превращают параболу в спираль или еще чего то загогулистое. Реально в физической точке апогея ракета никогда быть не может в строго вертикальном положении. Даже если ее форма конструкции, форма и строгость монтажа стабилизаторов идеально правильные.

Чайник>> 2. За счет чего общий вектор скорости увеличивает наклон? Ракету запускают в основном в штиль, и никакие сторонние силы на нее не воздействуют. Мы не будем рассматривать сложные случаи боковых ветров.
Tayfur> Вообще реальный двигатель выдаёт тягу с отклонением от вертикали. С учётом неравномерного горения поверхности топлива отклонение всегда будет меняться. Корпус реальной ракеты вдоль оси ни когда не будет собран идеально.

Я по видеороликам видел множество изготовленных мастерами-ракетомоделистами отличных ракет. К сожалению, почти все они выдают своим видом, что изготовлены "на колене". Хотел бы посмотреть на внешний вид работы моих собеседников - а как у Вас друзья, получились ваши проекты?
Лично я считаю, что мое изделие имеет достаточно совершенную форму, т.к. разработано в программе КОМПАС-3D и его детали напечатаны на современном 3D-принтере, пусть даже китайского производства, без наворотов и высокой цены. Поэтому в самом начале моих диалогов как новичка, просил оценить внешнее совершенство моей ракеты в теме ее симметрии. Считаю, что она собрана идеально, включая ориентацию всех четырех стабилизаторов, и корпуса РДТТ.

Чайник> И если в нем будут формулы, отражающие движение тела

Там простая школьная физика.

v_x = v_x + a_x * dt;
v_y = v_y + a_y * dt;
x = x + v_x * dt;
y = y + v_y * dt;

Если без атмосферы и двигателя, то:

a_x = 0;
a_y = -9.81;

Если учитывается торможение атмосферой, то:

a_d = (c_d * rho * S * v² / 2) / m;

Здесь уже ускорение и скорость векторы, надо по компонентам расписывать для проги.

Аналогично для подъёмной (боковой) силы.

И постепенно симуляция будет всё детальнее.

Чайник> И нам надо выяснить, какая чертовщина заставляет ракету крениться вблизи этого апогея, да еще менять траекторию полета.

Ну так это именно подъёмная сила, которая возникает при косом обтекании.
В проге Aerolab.exe можно получить коэффициент сопротивления и коэффициент подъёмной силы.
Умножаешь на скорость ракеты относительно воздуха и получаешь силы: одна из них тормозит ракету, другая тянет её вбок.
При этом прога показывает, к какой точке ракеты приложена суммарная подъёмная сила.
Берёшь расстояние от этой точки до центра масс и получаешь момент силы.
(Там, понятно, всё векторно.)
Делишь его на момент инерции ракеты и получаешь угловое ускорение.
Его интегрируешь и получаешь скорость вращения ракеты.
Интегрируешь скорость и получаешь угол.
И вот уже ты знаешь, куда повернула ракета.

Ну, надо вникать!

Evgenij> Скорее всего, в районе апогея ракета превращается в элементарный флюгер. На высоте 800 - 1000 метров, где в большинстве своем летают ракеты форумчан, всегда есть ветер! Всегда !!!

Я в этом не уверен, потому что этот постулат легко опровергнуть/подтвердить шариком с гелием. Но никто даже не пытался перед высказыванием таких мнений, или перед запуском ракет, запустить в небо шар ...
Поэтому считаю - НЕ ДОКАЗАНО! В смысле, бывает и полностью безветренная погода
А у Вас коллеги - была такая проверка?

Чайник>> И нам надо выяснить, какая чертовщина заставляет ракету крениться вблизи этого апогея, да еще менять траекторию полета.
Xan> Ну так это именно подъёмная сила, которая возникает при косом обтекании.

Это все предположения, что там, наверху, появится какое то косое обтекание.
А если его нет? Оно что - обязательно присутствует? Я смотрел идеальные запуски ракет - даже признака не было, что там что-то наверху колышется и движется, наваливаясь на ракеты.
Вы взяли частный случай, пытаясь сделать его закономерностью. Мы же пытаемся выяснить, почему ракеты заваливаются, если на них ничего не наваливается? В смысле, исключаем влияние погоды.
Тогда - какие формулы работают, которые "валят" ракету?
Вот это и есть поиск истины.

Mihail66> Чтобы более подробно рассмотреть изменение ускорения в апогее, вот масштабированный график. В апогее величина ускорения максимально приблизилась к нулевому значению.


Все эти полученные графики не объясняют суть явлений, а просто фиксируют результат.
Они не отвечают на вопрос: "ПОЧЕМУ?" ...
Как бы дают фотографию споткнувшегося, и падающего человека, но не объясняют, почему он споткнулся, и почему упал, а не удержал равновесия. А Вы - сможете эти графики объяснить?
Меня до сих пор интересует, по каким законам ракета перед апогеем заваливается!
И почему эти законы начинают действовать - в следствие каких обстоятельств они начинают приобретать силу, если в начале полета они не имели этой силы? Неужели в апогее обязательно появляется боковой ветер? Как этот ветер находит апогей конкретной ракеты? А если он (ветер) не появится, то что будет с ракетой в этом апогее?

Чайник> Меня до сих пор интересует, по каким законам ракета перед апогеем заваливается!

... завидное упорство

в поддержку "чайника": есть у меня "забавная" (для запусков с детьми) ракетка РП-18 (32мм/50см). Летает невысоко. Весь полет прекрасно видно. Слетала за 3 года 46 раз. Что интересно: иногда в апогее она как бы зависает, а потом начинает падать вниз не меняя своего положения, т.е. ровненько носом вверх, стабилизаторами - вниз. И лишь через некоторое время разворачивается носом к земле.
(если интересно, посмотреть и найти можно по отбору по метке РП-18)

PS. Конкретные реализации работ форумчан можно увидеть в ветке "Запуски и испытания"

Чайник>> Меня до сих пор интересует, по каким законам ракета перед апогеем заваливается!
apakhom> ... завидное упорство
apakhom> в поддержку "чайника": Летает невысоко. Весь полет прекрасно видно.иногда в апогее она как бы зависает, а потом начинает падать вниз не меняя своего положения, т.е. ровненько носом вверх, стабилизаторами - вниз. И лишь через некоторое время разворачивается носом к земле.

Спасибо, дорогой Вы мой "apakhom"! Мне как раз и была нужна эта информация, которую Вы мне сообщили. Вы нашли те идеальные условия (как в лаборатории), при которых можно проводить чистые эксперименты с правильными результатами. Природа дала Вам в тот момент свой фильтр, который химики пытаются сотворить, изучая свои растворы, и отсеивая мусор. Таким образом, я утвердился в мысли, что можно написать программу, которая будет использовать эти условия, Вам данные в тот момент природой. И далее, в программу можно вносить изменения, учитывая те возмущения, которые можно ожидать от этой природы. Вы дали мне основу к компьютерной программе, и за это Вам большое спасибо!
Хочу поделиться с Вами изображением ракет, которыми занимался ранее ...

Чайник> Они не отвечают на вопрос: "ПОЧЕМУ?" ...
Чайник> А Вы - сможете эти графики объяснить?
Чайник> по каким законам

ЦМ впереди ЦД.

Чайник> ракета перед апогеем заваливается!

Не обязательно перед:
1. При строго вертикальном полёте или близком к нему, ракета будет падать после апогея хвостом вниз без переворота, только после, когда наберёт некоторую скорость падения, она развернётся.
2. Чаще всего ракеты проходят апогей по наклонной траектории, и тут ракета ложиться на суммарный набегающий поток воздуха, как обычно.

Чайник> И почему эти законы начинают действовать - в следствие каких обстоятельств они начинают приобретать силу, если в начале полета они не имели этой силы?

Эти законы работают всё время, пока ракета летит: ЦМ впереди ЦД, если, конечно, у Вашей ракеты так сделано, что ЦМ впереди ЦД.

Чайник> Неужели в апогее обязательно появляется боковой ветер?

Его наличие вовсе не обязательно и вообще - это не главное.

Чайник> Как этот ветер находит апогей конкретной ракеты?
Чайник> А если он (ветер) не появится, то что будет с ракетой в этом апогее?

При ЦМ впереди ЦД, ракета всегда разворачивается носом по потоку.
При полёте вверх поток относительно ракеты направлен вниз, а при полёте ракеты вниз, поток направлен вверх. Она будет просто вынуждена развернуться при правильной центровке и вообще будет ложиться на поток воздуха.

Даже если нет никакого бокового ветра, полёт в сторону даст этот боковой ветер, и тогда ракета полетит по дуге, встраиваясь в встречный поток.

Так работает стабилизация ЦМ впереди ЦД - она не направляет сама ракету чудесным образом строго вертикально поверхности Земли - это делает человек, а, как флюгер ориентирует её корпус на поток - от куда преимущественно дует воздух, туда и разворачивается. Поэтому боковой ветер нежелателен в принципе, так как ракета может улететь в его направлении в бок, а не вверх.

SashaMaks> Так работает стабилизация ЦМ впереди ЦД - она не направляет сама ракету чудесным образом строго вертикально поверхности Земли - это делает человек, а, как флюгер ориентирует её корпус на поток - от куда преимущественно дует воздух, туда и разворачивается. Поэтому боковой ветер нежелателен в принципе, так как ракета может улететь в его направлении в бок, а не вверх.


Спасибо! Т.е. нет физического закона, по которому ракета обязательно, днем и ночью, в облаках и при ясном небе, должна перед апогеем обязательно заваливаться! Это делают внешние силы, которые могут появиться (или не появиться). И заваливается она только в том случае, когда появляются внешние воздействия.

Чайник>> И если в нем будут формулы, отражающие движение тела
Xan> Там простая школьная физика.

Xan> Ну, надо вникать!

Где Вы нашли такой синтаксис формул?
v_x = v_x + a_x * dt;
v_y = v_y + a_y * dt;
x = x + v_x * dt;
y = y + v_y * dt;

Координаты движущейся точки пишутся для школьников в алгебраическом виде, они намного понятнее и доходчивее:
Y = V0 * Sin(A * Pi / 180) * T - G * T * T / 2
X = V0 * Cos(A * Pi / 180) * T

Тем более, ракета летит, заваливается, и нас интересует этот угол заваливания.
В ваших формулах его нет.

Чайник> Где Вы нашли такой синтаксис формул?

Формулы в векторной форме.

Чайник> В ваших формулах его нет.

Для этого надо вводить описание движения ещё и ЦД, задаваясь радиус-вектором ЦМ-ЦД.

Чайник> Где Вы нашли такой синтаксис формул?

В языке Си.
Старое значение скоростей и координат меняется на новое.

Можно, даже, так, сокращённо:

v_x += a_x * dt;

Mihail66>> (зеленая линяя на графике).
Mihail66> Чтобы более подробно рассмотреть изменение ускорения в апогее, вот масштабированный график. В апогее величина ускорения максимально приблизилась к нулевому значению.

Михаил. Каково численное значение малого ускорения в апогее. Вижу цифру 20 , слева. Справа 25. Но не ясна ед.измерения. маленький участок этого малого ускорения, ограниченного двумя линиями. Если м/с/с, то вроде получается 1 м/с/с

EG54> Михаил. Каково численное значение малого ускорения в апогее. Вижу цифру 20 , слева. Справа 25. Но не ясна ед.измерения. маленький участок этого малого ускорения, ограниченного двумя линиями. Если м/с/с, то вроде получается 1 м/с/с

20 и 25 это время полета на оси X. Значение ускорения по оси Y (зеленая линия) в дм/с².
В апогее величина ускорения -7,1дм/с², или -0,71м/с² (без вычета гравитационного g).

Табличные данные в файле.

Mihail66> В апогее величина ускорения -7,1дм/с², или -0,71м/с² (без вычета гравитационного g).

Спасибо. Так и не врубаюсь когда умножать на sin или cos в прямоугольнике сил, с горизонтальным ускорением и вертикальным g , чтобы получит результирующее ускорение вниз.

EG54> Спасибо. Так и не врубаюсь когда умножать на sin или cos в прямоугольнике сил, с горизонтальным ускорением и вертикальным g , чтобы получит результирующее ускорение вниз.

А вертикальное g там равно нулю, т.к. оно одинаково действует как на ракету, так и на "пассажира".

Чайник>> Где Вы нашли такой синтаксис формул?
SashaMaks> Формулы в векторной форме.
Чайник>> В ваших формулах его нет.
SashaMaks> Для этого надо вводить описание движения ещё и ЦД, задаваясь радиус-вектором ЦМ-ЦД.

Ну вот, Вы хотите нас в НИИ экспериментальной аэродинамики затянуть. Я даже не знаю, где на клавиатуре найти знак вектора к указанным символам. Лучше было объяснить проще, как делает учитель в школе

Чайник>> Где Вы нашли такой синтаксис формул?
Xan> В языке Си.
Xan> Старое значение скоростей и координат меняется на новое.
Xan> Можно, даже, так, сокращённо:
Xan> v_x += a_x * dt;
Xan>

Это какой то древний музей с картиной Малевича - все таращатся, делают вид, что понимают
Вот как это можно изобразить средствами обычного школьного языка программирования Visual Basic :

Y = V0 * Sin(A * Pi / 180) * T - G * T * T / 2
X = V0 * Cos(A * Pi / 180) * T

А иначе увлекательная работа по конструированию и запуску наших изделий превратиться в мучительное соревнование институтских учебников, и отвергнет от этой темы новичков и желающих. Я и так наблюдаю, что наше сообщество малочисленное в этом форуме.

Чайник> Это какой то древний музей

Я и сам древний!
Первую прогу, симулирующую падение в атмосфере из космоса, я написал в 1965 году.

Чайник> Вот как это можно изобразить средствами обычного школьного языка программирования Visual Basic :

Васика я тоже издавна знаю. И до сих пор иногда использую. Для чего-нибудь простого, арифметического.

Чайник> Y = V0 * Sin(A * Pi / 180) * T - G * T * T / 2

Считать в полярной системе — какая-то фигня. Слишком сложная.
Угол в градусах, вместо радиан, тоже неправильно. Я бы даже сказал — неприлично!
В физике нет градусов, только радианы — как естественная единица. А градусы — противоестественная.
И логарифмы только натуральные, без ГМО и глютена!

Чайник> ... превратится в мучительное соревнование институтских учебников

Каждый углубляется в теорию в меру своей испорченности!