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
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
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
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!