Warunek stabilności -jeszcze raz...

Stateczność i inne zjawiska występujące podczas lotu
Awatar użytkownika
Tofifi
PROFI
Posty: 752
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Białystok, Nowe Miasto

Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: Tofifi » czwartek, 20 lut 2014, 11:44

Cześć!
Dziś spłodziło mi się takie pytanie:
Jak wiadomo, rakieta leci (powinna) stabilnie jeżeli spełnia warunek w ktorym to środek ciężkości wyprzedza środek PARCIA o 1-1,5 kalibra. A co jeżeli średnica w rakiecie zmienia się wielokrotnie np 3 razy?
Kaliber to wszak średnica ale pytanie która w takim przypadku? - uśredniona, czy maksymalna?
Ostatnio zmieniony wtorek, 25 lut 2014, 13:12 przez Tofifi, łącznie zmieniany 1 raz.

Awatar użytkownika
gregores
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 164
Rejestracja: czwartek, 28 mar 2013, 18:03
Lokalizacja: Dębica/Rzeszów

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: gregores » czwartek, 20 lut 2014, 14:59

Maksymalna.
"Celuj w Księżyc, bo nawet jeśli nie trafisz - będziesz między gwiazdami"

Awatar użytkownika
PIOTR
PROFI
Posty: 933
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Białystok

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: PIOTR » czwartek, 20 lut 2014, 18:20

Tofifi pisze:
Jak wiadomo, rakieta leci (powinna) stabilnie jeżeli spełnia warunek w ktorym to środek parcia wyprzedza środek ciężkości o 1-1,5 kalibra.

Dokładnie odwrotnie: środek ciężkości wyprzedza środek parcia.
Mamy trzy stany równowagi:
1. równowaga chwiejna, rakieta niestabilna - ŚP wyprzedza ŚC - odpowiednik kulki postawionej na kuli
2. równowaga trwała, rakieta stabilna - ŚC wyprzedza ŚP - odpowiednik kulki postawionej w dołku
3. równowaga obojętna, stabilność obojętna, rakieta podatna na wytrącenie z równowagi - ŚC pokrywa się z ŚP - odpowiednik kulki postawionej na poziomej płaszczyźnie. W praktyce nie możliwa do osiągnięcia w warunkach domowych czyli super dokładne modele startujące w bezwietrzny dzień z długiej wyrzutni.

Ponadto mamy przypadek nadstabilny. Model w którym bardzo ciężka głowica (lub lekka rufa lub za duże stateczniki) przesuwa daleko do przodu środek ciężkości (np 6 kalibrów). W takim przypadku model poleci na wiatr, zachowa się jak wiatrowskaz.

Podsumowując: warunek stabilności jest spełniony wówczas kiedy ŚC wyprzedza ŚP czy fakt rozsunięcia środków jest ważny. Natomiast czy jest to 1, 2 czy więcej kalibrów to odrębna sprawa. Ważna ale odrębna. Dla rakiet o kadłubie z wieloma średnicami stabilność oznacza się według kalibra na którym leży środek parcia co nie jest wymogiem. Dla Saturna V wystarczy 0,5 a nawet 0,2 średnicy głównej (dolnej) i długa wyrzutnia :smile:
to the open space

Awatar użytkownika
gregores
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 164
Rejestracja: czwartek, 28 mar 2013, 18:03
Lokalizacja: Dębica/Rzeszów

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: gregores » czwartek, 20 lut 2014, 19:47

PIOTR pisze: Dla rakiet o kadłubie z wieloma średnicami stabilność oznacza się według kalibra na którym leży środek parcia co nie jest wymogiem.
W związku z tym nasuwa mi się pytanie:
Jeśli w rakiecie z wieloma średnicami stabilność oznacza się według kalibra, na którym leży środek parcia to w jaki sposób ustawić np: program "OpenRocket", aby w taki sposób właśnie liczył?
Przykład:
Rakieta z łazikiem projektu "Open Air"
http://forum.rakiety.org.pl/misja-marsj ... t2069.html
W tym przypadku środek parcia leży na średnicy 300mm a "OpenRocket" stabilność oznacza na podstawie średnicy maksymalnej 500mm!
"Celuj w Księżyc, bo nawet jeśli nie trafisz - będziesz między gwiazdami"

Awatar użytkownika
Tofifi
PROFI
Posty: 752
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Białystok, Nowe Miasto

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: Tofifi » czwartek, 20 lut 2014, 20:15

Dzięki Piotr - oczywiście moja wina, choć myślę poprawnie to napisałem odwrotnie :D.
TAK - najpierw środek cięzkości a potem parcia.

Gregoros, w takim przypadku należy po prostu sprawdzić odległość między punktami - nie sugerując się wynikiem proponowanym przez program. I ręcznie przeliczyć ile to kalibrów dla danej średnicy maksymalnej.

Powiem, Wam, że chyba pokuszę się i mały model w skali - nie koniecznie latający, który rozkręcę na długiej lince i sprawdzę czy macie rację ;]

Awatar użytkownika
PIOTR
PROFI
Posty: 933
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Białystok

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: PIOTR » piątek, 21 lut 2014, 14:37

gregores pisze: W tym przypadku środek parcia leży na średnicy 300mm a "OpenRocket" stabilność oznacza na podstawie średnicy maksymalnej 500mm!
Zauważ, że to nie jest błąd. W modelarskich książkach stabilność takich przypadków określa się między: min. małą i max dużą średnicą. Nie wiem jak to zmienić w programie ale to jest nieistotne, ponieważ: warunek stabilności jest spełniony kiedy ŚC wyprzedza ŚP. Ten fakt jest istotny a ile wyprzedza jest odrębną kwestią. Czy warunek jest spełniony dla 0,5 kal? Tak. Dla 1kal? Tak. Dla 2kal? Tak. Przyjmuje się dla modeli jako 1-2 średnic kadłuba po to aby samoczynnie wracały do kierunku lotu.

Konieczność wyważenia modelu powoduje że wszyscy koncentrują się na środku ciężkości (namacalny, fizyczny), który można modyfikować przesuwając elementy pokładowe (masy wewnętrzne) a nie na środku parcia (obliczeniowy, niewidoczny) który jest jeden i niezmienny dla danej geometrii. Uważam, że najważniejsze w programie jest aby prawidłowo (precyzyjnie) liczył ŚP tzn. uwzględniał współczynnik oporu dla różnych kształtów (okrągły, płaski) i powierzchni (matowa, błyszcząca, szorstka) a nie tylko liczył płaskie przekroje. Dalej to już jak napisał Tofifi czyli linijka do sprawdzenia odległości między ŚC i ŚP. Pomogło? :smile:
to the open space

Awatar użytkownika
gregores
Podniebny Filmowiec
Podniebny Filmowiec
Posty: 164
Rejestracja: czwartek, 28 mar 2013, 18:03
Lokalizacja: Dębica/Rzeszów

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: gregores » piątek, 21 lut 2014, 19:35

Tofifi pisze:Gregoros, w takim przypadku należy po prostu sprawdzić odległość między punktami - nie sugerując się wynikiem proponowanym przez program. I ręcznie przeliczyć ile to kalibrów dla danej średnicy maksymalnej.]
Nie bardzo rozumiem co chciałeś w tym zdaniu powiedzieć? Chodziło mi o to, że „OpenRocket” wyliczoną odległość ŚC od ŚP zawsze dzieli przez średnicę maksymalną, niezależnie od tego czy znajduje się na niej środek parcia. A o to pytałeś na początku! A jeśli ktoś chce tą odległość podzielić przez średnicę, na której leży środek parcia, w przypadku kiedy nie jest ona średnicą maksymalną - to może sobie tak podzielić. Pytanie tylko takie: Wynik, którego dzielenia jest bardziej prawidłowy dla zobrazowania teoretycznej stabilności?
PIOTR pisze:Przyjmuje się dla modeli jako 1-2 średnic kadłuba po to aby samoczynnie wracały do kierunku lotu. Pomogło? :smile:
To oczywista oczywistość!
"Celuj w Księżyc, bo nawet jeśli nie trafisz - będziesz między gwiazdami"

Awatar użytkownika
Adam
Supersonic PROFI
Posty: 392
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: Adam » sobota, 22 lut 2014, 17:30

Witam!
Dwa słowa moich przemyśleń o stabilności.
Po pierwsze, położenie środków ciężkości i parcia jest metodą szacowania stabilności. Jak obiekt rzeczywiście zachowuje się w locie można zweryfikować tylko w tunelu aerodynamicznym lub locie. W czasie projektowania trzeba jednak mieć jakąś miarę stabilności a ta się sprawdza.
Po drugie, stabilność jest zmienna z prędkością - zmieniają się współczynniki oporu poszczególnych elementów (stateczniki, korpus, głowica), więc i rozkład sił aerodynamicznych jest zmienny. Skrajny przykład to oczywiście różnica między przepływem nad- i poddźwiękowym ale i pozostając w poddźwiękowej prędkości też zmieniają się współczynniki. Według mnie można tu mówić o zmianie położenia środka parcia :roll:
Po trzecie, siły stabilizujące (jak i destabilizujące) działają przede wszystkim przy wytrąceniu z położenia równowagi - jeśli rakieta przemieszcza się idealnie "prosto", nie ma powodów aby pojawiły się siły obracające ją wokół osi poprzecznej (przy założeniu doskonałej symetrii). Ostatnio lot rakiety verexa chyba był właśnie przykładem tego zjawiska - model leciał prosto mimo "niestabilności", wytrącenie go z równowagi spowodowało lawinę nieszczęść. Najprawdopodobniej jednak gdyby leciał np. cztery razy szybciej, to wiatr nie byłby w stanie zrobić mu krzywdy.
PIOTR pisze:(...) to jest nieistotne, ponieważ: warunek stabilności jest spełniony kiedy ŚC wyprzedza ŚP. Ten fakt jest istotny a ile wyprzedza jest odrębną kwestią. Czy warunek jest spełniony dla 0,5 kal? Tak.
Zupełnie się nie zgadzam. A jeśli warunek jest spełniony dla 0,0001 kal? Nie bez powodu podaje się wartość 1,5 kal. Tak cała metoda, jak i obliczenia są niedoskonałe, więc należy zachować margines bezpieczeństwa.
PIOTR pisze:wszyscy koncentrują się na środku ciężkości (namacalny, fizyczny), który można modyfikować przesuwając elementy pokładowe (masy wewnętrzne) a nie na środku parcia (obliczeniowy, niewidoczny) który jest jeden i niezmienny dla danej geometrii.
Znów się nie zgadzam. Do tego właśnie służą programy typu OpenRocket czy SpaceCad aby ustalić geometrię modelu dla danych mas. Może jestem wyjątkiem (nie sądzę) ale programy zawsze służą mi do obliczenia powierzchni stateczników a nie tego, ile masy trzeba dołożyć do głowicy żeby model nie fikał koziołków.
PIOTR pisze:najważniejsze w programie jest aby prawidłowo (precyzyjnie) liczył ŚP tzn. uwzględniał współczynnik oporu dla różnych kształtów (okrągły, płaski) i powierzchni (matowa, błyszcząca, szorstka) a nie tylko liczył płaskie przekroje.
To święte słowa ale obawiam się, że żaden z dostępnych nam programów takich cudów nie robi. Najprawdopodobniej liczą położenie środka bezwładności rzutu rakiety na płaszczyznę i koniec. Ot, elektroniczna wersja metody konturowej. Skoro zatem programy liczą "średnio" dobrze, nie należy przesadzać ze zbliżaniem położenia środków do siebie...
PIOTR pisze: Dla rakiet o kadłubie z wieloma średnicami stabilność oznacza się według kalibra na którym leży środek parcia co nie jest wymogiem.
Według mnie jest wymogiem. Tak właśnie powinno się liczyć.
PIOTR pisze:Dla Saturna V wystarczy 0,5 a nawet 0,2 średnicy głównej (dolnej) i długa wyrzutnia :smile:
Jeśli mówisz o TYM Saturnie V to kryteria stabilności nie mają tu zastosowania ze względu na aktywne kierowanie wektorem ciągu. Podejrzewam nawet, że był niestabilny :grin:
Jeszcze parę słów dlaczego właśnie kalibry a nie po prostu milimetry.
Wyobraźmy sobie, że rakieta leci bokiem - jej oś symetrii jest prostopadła do kierunku ruchu. W takim przypadku siły aerodynamiczne są najskuteczniejsze. Środek ciężkości jest niejako "punktem podparcia" - osią obrotu. Wszystkie siły aerodynamiczne można sprowadzić do wypadkowego wektora przyłożonego w określonym miejscu - na wysokości środka parcia ale do powierzchni :!: (działają na powierzchnie).
Wyobraźmy sobie teraz, że środek parcia leży dokładnie w środku ciężkości. Siły aerodynamiczne nie mają możliwości obrócić rakietą, bo nie ma ramienia działania siły a więc nie ma momentu obrotowego. Ich działanie jest tylko ściskające.
Jeżeli ŚP jest oddalony od ŚC, ta odległość stanowi długość ramienia działania siły i pojawia się moment obrotowy stabilizujący lub destabilizujący rakietę. To jednak nie tłumaczy, dlaczego w kontekście stabilności mówi się o kalibrach a nie mm. Sumaryczna siła aerodynamiczna jest zawsze dzielona ma część ściskającą oraz obracającą. Stosunek ich wartości ma się do siebie jak długości boków pogrubionego trójkąta na rysunku. Łatwo zauważyć, że siła dzieli się po połowie wtedy, kiedy odległość między środkami parcia i ciężkości wynosi pół kalibru. Kiedy jest większa - siła bardziej działa obracająco, kiedy mniejsza - bardziej ściskająco (znikomy wpływ na stabilizację).
Opisany przykład jest skrajny - w praktyce rakieta nie przemieszcza się bokiem, jej wychylenia sięgają może kilkunastu stopni więc i moment obrotowy będzie mniejszy. Do tego pojawiają się inne siły aerodynamiczne przy przepływie skośnym (np. nośna) więc koniec końców miara 1,5 kalibru zapasu stabilności wydaje mi się rozsądna. Nie mówię, że nie da się latać i przy 0,1 ale to wymaga dużej prędkości zejścia z wyrzutni. Wystarczy wtedy żeby silnik zastartował niemrawo i nieszczęście gotowe.
Wybaczcie koślawy rysunek.
Pozdrawiam!
Załączniki
stabilność.gif
stabilność.gif (6.1 KiB) Przejrzano 4852 razy

Awatar użytkownika
Tofifi
PROFI
Posty: 752
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Białystok, Nowe Miasto

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: Tofifi » sobota, 22 lut 2014, 21:25

To jeszcze pytanie:
Dla czego akurat 1,5kalibra?
Kto i na jakiej podstawie wyznaczył tą wartość?
No tak się utarło ale do dziś nie rozumiem skąd akurat ta konkretna wartość. Równie dobrze to mogło być 1,2 1,38 kalibra itp. Czy jest jakieś matematyczne wyjaśnienie tej wartości? Czy to po prostu wynik najczęsciej przynoszący pozytywny efekt?

Awatar użytkownika
Adam
Supersonic PROFI
Posty: 392
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Warunek stabilności -jeszcze raz...

Post autor: Adam » poniedziałek, 24 lut 2014, 13:38

Witam!
Tofifi pisze:Dla czego akurat 1,5kalibra?
Kto i na jakiej podstawie wyznaczył tą wartość? (...)Równie dobrze to mogło być 1,2 1,38 kalibra itp. Czy jest jakieś matematyczne wyjaśnienie tej wartości? Czy to po prostu wynik najczęsciej przynoszący pozytywny efekt?
Próbuję sobie przypomnieć czy ktoś kiedykolwiek powiedział czy napisał, że jest to 1,500000 kalibru, i nie przypominam sobie.
Obstawiam, że warunkiem jest 0,5 kal (warunek zrównania się sił z mojego poprzedniego posta) i na to dołożony współczynnik bezpieczeństwa równy 3. Trochę jak w maszynoznawstwie - z obliczeń wychodzi, że wytrzymają 4 śrubki M4 więc daje się 6 śrubek M6 na wypadek niedoskonałości obliczeń, niejednorodności czy skaz materiału śruby, pojawienia się nieoczekiwanych obciążeń, zmęczenia materiału w czasie itd.
Nie ukrywam jednak, że to moje przemyślenia i może jest jakieś bardziej matematyczne uzasadnienie.
Wiem, że nic nie wiem :mrgreen:
Pozdrawiam!

ODPOWIEDZ

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość