Strona 1 z 3

Środek parcia - różne metody obliczania

: czwartek, 2 cze 2011, 20:05
autor: Puhacz
Witam Wszystkich!

Projektuję swoją pierwszą rakietę i zaciąłem się na wyznaczeniu punktu parcia. Otóż wg. p. Elsztejna można to zrobić znajdując środek ciężkości żutu naszej rakiety na płaszczyznę. Natomiast wg. p. Węgrzyna środek prarcia to punkt w którym powierzchnia tegoż samego żutu na płaszczyznę jest niejako przedzielona na pół. Zrobiłem stosowne obliczenia powierzchni, wyciąłem model, policzyłem, poważyłem....

No i ZONK: Środek parcia wyznaczony w/w metodami wychodzi w zupełnie innym miejscu: różnica sięga ponad jednej średnicy korpusu, co w sytuacji projektowanej odległości środków parcia i ciężkości żędu 1/2 D jest wielkością krytyczną!

I tu pytania: czy któraś metoda jest wyraźnie lepsza/dokładniejsza? A może należy przyjąć SP pomiędzy punktami z obu metod? i dodatkowo by wyeliminować błąd zwiększyć odległość SP i SC na więcej niż 1D?

Pozdrawiam!

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: czwartek, 2 cze 2011, 20:52
autor: Erich
Puhacz pisze:Otóż wg. p. Elsztejna można to zrobić znajdując środek ciężkości żutu naszej rakiety na płaszczyznę.
Nie wiem jak jest z metodą Węgrzyna, wiem, że metoda Elsztejna jest good, sam ją stosuję i rakiety są stateczne.
Czemu jest taka rozbieżność, hm, może to wynika z tego, że stosując metodę Elsztejna która jest niedokładna z tego względu że mamy trochę większy zapas stateczności niż w rzeczywistości. I przy tej drugiem metodzie jest też jakaś rozbieżność i tak wychodzi... ale 1/2 D to nie przelewki. Coś w tym jest.

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: czwartek, 2 cze 2011, 21:20
autor: Puhacz
No właśnie zapomniałem dopisać:

Wg. Węgrzyna (powierzchnia na pół), punkt parcia wychodzi niżej niż przy Elsztejnie (śr. ciężkości rzutu), a skoro metoda Elsztejna już w sobie zawiera "zapas" to Węgrzyna jeszcze bardziej i to o całą średnicę!

Dla mojego modelu to ważne bo sam silniczek papierowo-wikolowo-drewniany w klasie ledwo "B" ma mierny ciąg (ok. 1,5 - 2,0 N) i szkoda mi bez sensu dociążać głowicę.... Na razie dołożyłem 4 duże lotki i próbuję wyważyć "rakietę"... :grin: A po tym jak jedna z moich pierwszych kijanek zaatakowała my wife to wolę się upewnić 3 x.....

Pozdr!

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: sobota, 4 cze 2011, 09:12
autor: Puhacz
Z "braku laku" przedyskutowałem temat sam ze sobą i z netem i doszedłem do następujących ustaleń:
Rakieta: długość całk. 240 mm, kaliber 20 mm:

Metoda dzielenia powierzchni na połowę (Węgrzyn) wydaje się mieć sens gdyż ta właśnie powierznia stawia opór aerodynamiczny. Największą wadą jest brak uwzględnienia rozkładu tejże powierzchni który ma przecież duży wpływ (powierznia x ramię) na wypadkowy środek parcia. Tu środek wypada CPW = 47 mm od końca rakiety (dla mojego przykładowego modelu).

Metoda wyważeniowa (Elsztejna) wydaje się lepszą gdyż uwzględnia rozkład powierzchni lecz nie uwzględnia faktu że różne powierznie stawiają różny opór - statecznik stawia ok. 2x większy niż korpus! W tym przypadku CPE = 73 mm (dla tej samej rakiety).

Różnica położenia CP w obu metodach jest duża i wynosi CPE-CPW=26 mm !

Moim zdaniem najlepszą metodą dokładnego wyznaczenia CP będzie metoda wyważeniowa zmodyfikowana. Głównym problemem jest fak że (dla 4 stateczników) żut stateczników daje opór powietrza Cx=1 natomiast korpus rakiety będący walcem daje opór ok. Cx=0,5. Uważam że wycinając model rakiety do wyważenia powinno się elementy o oporze 0,5 pocienić o połowę niejako symulując połowę mniejszy opoór powietrza. Dopiero w ten sposób przygotowany model po wyważeniu wskaże nam właściwe położeniu punktu CP. W moim przypadku wyszło CP=54 mm. Nowy punkt znalazł się pomiędzy tymi wyznaczonymi w/w metodami co wsazuje że może (mam nadzieję) że jest poprawnym.

Ten punkt przyjmę w moim modelu i względem niego wyznaczę środek ciężkości na ok. 0,5D i mam nadzieję że poleci prosto. Jeśli nie to znaczy że się mylę. Chyba że ktoś ma uwagi to zapraszam do komentowania.

Pozdrawiam!

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: sobota, 4 cze 2011, 20:02
autor: Erich
Innymi słowy ani ta ani tamta nie jest idealna ;) ale to są metody opracowane dla modelarzy, i temu takie nieścisłości. No chyba że ktoś robi naprawdę profeskę, to trzeba się pokusić o dokładność. Poza tym "technika idzie do przodu, więc milicja też" - mamy programy do projektowania ;)
Choć dobrze wiedzieć jak obliczyć środek parcia.
Puhacz pisze:W moim przypadku wyszło CP=54 mm. Nowy punkt znalazł się pomiędzy tymi wyznaczonymi w/w metodami co wsazuje że może (mam nadzieję) że jest poprawnym.
Fizyka jest nauką eksperymentalną. Pal i zobaczymy co wyjdzie ;)

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: sobota, 4 cze 2011, 21:09
autor: kermit
Ksp.:smile:
Należałoby zdać sobie sprawę z tego czym jest właściwie środek parcia.

http://wiki.rakiety.org.pl/index.php?ti ... dek_parcia

Jak widać z przytoczonej definicji,jest to punkt przyłożenia wypadkowej sił aerodynamicznych. Zapominamy przy tym najczęściej, że siły aerodynamiczne działające na model rakiety nie mają jedynie składowej osiowej , czyli wzdłużnej ( opory ruchu ) ale także składową poprzeczną ( siła nośna ), która dla stabilności rakiety , a właściwie dla jej stabilizacji ma znaczenie kluczowe. A sama stabilizacja rakiety nie następuje na skutek działania oporów jej ruchu a na skutek działania właśnie siły nośnej, która nie jest zależna jedynie od powierzchni nośnej ( pole przekroju wzdłużnego ), ale także od kąta natarcia rakiety w stosunku do opływającego ją gazu. Wiodącą rolę odgrywają w tym stateczniki ( brzechwy ) i jeśli rakieta odchyli się o jakiś kąt od kierunku ruchu , to pojawiająca się na statecznikach siła nośna zadziała w kierunku wyprostowania lotu rakiety. Zagadnienie znalezienia położenia środka parcia, nie jest więc takie proste, bo uzależnione jest od kształtu ilości i rozmieszczenia stateczników a także kształtu samego kadłuba i głowicy. Mało tego zależy także od kąta natarcie czyli od odchylenia od kierunku opływającego rakietę gazu.
Czyli zarówno metoda Węgrzyna jak i Elsztejna są jedynie zgrubnymi przybliżeniami, niemniej dla amatorów modelarstwa rakietowego w zupełności wystarczającymi.
Ja osobiście skłaniałbym się do metody opisanej przez Elsztejna, która określa położenie środka parcia w środku ciężkości powierzchni przekroju podłużnego rakiety.

Głównym jednak sposobem sprawdzenia stabilności modelu powinien być eksperyment.

Jak tego dokonać opiszę innym razem , a nie jest to znowu takie skomplikowane jakby się mogło wydawać.

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: niedziela, 5 cze 2011, 13:19
autor: Puhacz
Interesujące, dające do myślenia ale nie rozumiem:
A sama stabilizacja rakiety nie następuje na skutek działania oporów jej ruchu a na skutek działania właśnie siły nośnej, która nie jest zależna jedynie od powierzchni nośnej ( pole przekroju wzdłużnego ), ale także od kąta natarcia rakiety w stosunku do opływającego ją gazu.

Przecież kąt natarcia jest taki sam dla wszystkich powierzchni czynnych. Jeśli więc kąt zmniejsza efektywne parcie na korpus o np. 50% to o tyle samo i na stateczniki, czyli efekt kąta natarcia się znosi. Chyba że się mylę :?:
Zagadnienie znalezienia położenia środka parcia, nie jest więc takie proste, bo uzależnione jest od kształtu ilości i rozmieszczenia stateczników a także kształtu samego kadłuba i głowicy
Więc wyważając uwzględniamy rozmieszczenie i ilość poszczególnych elementów, a "pocieniając" np. kadłub uwzględniamy jego kształt.
Może i nie mam racji ale myślełem nad tą swoją teoria prawie dwa dni i Kermit na razie nie przekonał mnie że nie mam racji. Z drugiej strony: Jeśli punkt wyznaczony wg. Elsztejna (cokolwiek by nie wskazywał) sprawdza się w praktyce to może i szkoda kruszyć kopie?

Pozdrówka!

PS: nie prędko sprawdzę swoją teorię bo silnik który miał być ostateczny do rakiety właśnie dziś rano na próbie generalnej mi zrobił wielkie CATO :cry:

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: niedziela, 5 cze 2011, 17:09
autor: robercik
Cześć
Puhacz pisze: Jeśli punkt wyznaczony wg. Elsztejna (cokolwiek by nie wskazywał) sprawdza się w praktyce to może i szkoda kruszyć kopie?
Nie ma o co kruszyć kopii w modelach rakiet które puszczamy na wiwat dla zabawy. Zrobione według Elsztajna mają wielkie stateczniki i kładą się na byle podmuch wiatru z powodu nadstabilności.
Dla zaawansowanych rakiet eksperymentalnych walczy się o każdy centymetr położenia środka parcia (CP).
Ostatnia nasza rakieta RTP3 miała środek ciężkości (CG) w punkcie parcia (CP) i to po uwzględnieniu poprawki Barrowmana. Po wypaleniu się paliwa zyskała nie całe 0,5 kalibru stateczności. Według Elsztajna RTP3 nie miała szans polecieć stabilnie.

Polecam RASAero.

pzdr

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: niedziela, 5 cze 2011, 18:55
autor: kermit
puchacz pisze:Chyba że się mylę :?:
niestety tak bo siła nośna rozwijana na statecznikach jest znacznie bardziej uzależniona od kąta natarcia niż dla korpusu, a to ona właśnie powoduje powstanie momentu zwrotnego sprowadzającego rakietę na właściwy tor lotu, taki że opływające ją strumienie powietrza są równoległe do osi rakiety.
Twoje rozumowanie byłoby poprawne gdyby przekrój poprzeczny rakiety latał i tworzył pewien kąt natarcia względem napływającego powietrza, ale wtedy mielibyśmy do czynienia z latawcem czyli płatem płaskim w kształcie rakiety :wink:

Re: Środek parcia - różne metody obliczania

: niedziela, 5 cze 2011, 19:23
autor: Puhacz
siła nośna rozwijana na statecznikach jest znacznie bardziej uzależniona od kąta natarcia niż dla korpusu
Tego nie wiedziałem (no bo niby skąd, jestem metalurgiem w wykszt.). Wobec tego pozostaje mi jedynie interpolować obie metody do jakiegoś punktu pośredniego i mam nadzieję że będzie OK - przynajmnjiej no moim obecnym etapie!
Głównym jednak sposobem sprawdzenia stabilności modelu powinien być eksperyment. Jak tego dokonać opiszę innym razem , a nie jest to znowu takie skomplikowane jakby się mogło wydawać.
Czekam jak na zbawienie! :grin:
Ostatnia nasza rakieta RTP3 miała środek ciężkości (CG) w punkcie parcia (CP) i to po uwzględnieniu poprawki Barrowmana
Google nie stety zna tylko Barrowmana Johna i raczej nie związanego z rakietami. Czy mógłbyś mi wyjaśnić z grubsza o co chodzi w tej poprawce?

Dzięki i pozdr!