Salutari!
Revin la portiunea de rachete supersonice. Sunt de acord cu liviu123 ca rachetele supersonice pot sa para departe de posibilitatile multor membri de pe forum dar asta nu inseamna ca nu este interesant sa discutam si sa aflam lucruri noi despre ele. In plus, niciodata nu se stie de unde sare iepurele :lol:
Despre stabilitate: asa cum se stie orice rachetomodel/racheta este supusa fortelor aerodinamice precum si fortelor gravitationale. Fiecare element infinitesimal din racheta este supus unei forte gravitationale "elementare"/infinitesimale iar suma acestor forte infinitesimale genereaza forta gravitationala totala ce actioneaza asupra rachetei respective. Efectul tuturor acestor forte poate fi inlocuit de o singura forta ce are modulul egal cu modulul sumei vectoriala a fortelor infinitesimale despre care discutam mai sus si care actioneaza intr-un punct numit centrul de greutate.
In acelasi timp in timpul miscarii rachetei prin atmosfera, interactiunea dintre racheta (corp, con, stabilizatoare etc.) si mediul atmosferic genereaza forte aerodinamice in functie de viteza de zbor si alti parametri de miscare. Aceste forte aerodinamice actioneaza pe fiecare element infinitesimal de suprafata al rachetei iar suma vectoriala a lor genereaza forta aerodinamica totala ce actioneaza asupra rachetei. Aceasta forta aerodinamica "totala" actioneaza intr-un punct numit centru de presiune. In general centrul de presiune se afla intr-un punct diferit fata de centrul de greutate. O metoda simpla de a determina pozitia centrului de presiune pentru o racheta este metoda proiectiei ortogonale-taietura de carton. Se proiecteaza profilul rachetei pe un carton, se decupeaza si se afla centrul de greutate al proiectiei pe carton. Pozitia centrului de greutate a figurii decupate din carton este (corespunzator) pe racheta pozitia centrului de presiune a rachetei. ATENTIE! Aceasta metoda este aproximativa si poate fi utilizata doar pentru rachetomodelele ce zboara in regim subsonic si al caror unghi de atac nu variaza mult. Daca zborul devine subsonic inalt, transonic, supersonic etc. si daca unghiul de atac variaza mult ATUNCI metoda de mai sus nu mai este corecta. In aceste cazuri se vor folosi fie metode de calcul aproximativ fie (tot aproximative sunt) software-uri specializate (de exemplu Aerolab ce poate determina pozitia centrului de presiune al unei rachete pentru regimuri de zbor intre 0 si 8 Mach).
Pentru a avea o traiectorie stabila, cu alte cuvinte pentru ca racheta sa revina la traiectorie dupa ce a fost perturbata de catre un factor extern (de exemplu pala de vant) trebuie sa avem centrul de presiune in spatele centrului de greutate (privind de la conul rachetei spre ajutaj). Distanta dintre aceste doua puncte trebuie sa fie in general intre 1 si 2 calibre... poate sa ajunga chiar si la 3 calibre pentru rachetele mai mari. 1 calibru=diametru rachetei. In general daca CP este in spatele CG-ului cu mai putin de 1 calibru se considera ca racheta respectiva este instabila; cu alte cuvinte momentul de rotatie generat de forta aerodinamica (rezultanta portanta+rezistenta) in raportul cu CG-ul nu este suficient sa readuca racheta pe traiectorie. Daca CP-ul este in spatele CG-ului cu mai mult de 2 diametre se considera ca racheta respectiva este supra-stabila. Asta nu reprezinta neaparat un lucru rau si de obicei o astfel de racheta are tendinta sa intoarca "varful" in vant mai puternic decat o racheta stabila. (asa numitul weatherclocking pe limba americanilor).
In regim supersonic lucrurile nu se schimba prea mult doar ca trebuie luat in calcul faptul ca pozitia centrului de presiune se modifica in functie de viteza de zbor si unghiul de atac. Cu alte cuvinte in momentul in care proiectam o racheta supersonica trebuie sa avem grija ca pozitia centrului de presiune sa fie tot timpul astfel incat racheta sa fie stabila. Acest lucru se poate asigura fie prin proiectare asistata de calculator (software Aerolab de exemplu) fie cu ajutorul unor calcule analitice ce dau estimari ale pozitie CP-ului pe diferite regimuri de zbor. Pe intreaga anvelopa de zbor trebuie insa sa fim SIGURI ca CP se afla in spatele CG cu 1-2, 3 calibre.
Si totusi asa cum ziceam intr-unul din mesajele anterioare... chiar daca CP-ul este in spatele CG-ului tot timpul cu 1-2 diametre putem avea surpriza ca racheta sa nu zboare pe o traiectorie stabila... de ce? exista si alte criterii de stabilitate pentru rachete?
Da, exista. Exista chiar foarte multe criterii dar unele sunt mai putin importante decat altele. Incerc sa enumar inca un criteriu mai putin intalnit (dar mentionat si de Nakka pe website-ul lui; voi urma in acest sens logica prezentarii de pe website-ul lui) si care intr-adevar este important cel putin pe portiunea de rachete supersonice. Unul dintre alte criterii este acela de a nu avea cuplare inertiala in miscarea de ruliu. Acest efect advers se intampla atunci cand viteza unghiulara de ruliu este egala cu minimul dintre frecventa rezonanta de tangaj si de giratie/de cap. Miscarea "caracteristica" in acest caz va fi de precesie in jurul axei longitudinale a rachetei cu amplitudine si frecventa crescanda, ce genereaza eforturi marite pe structura rachetei putand duce (si necorectata duce sigur!) la efecte distructive asupra rachetei.
Cum se intampla acest lucru si cum il putem evita?
In primul rand deoarece este numit cuplare inertiala de ruliu putem trage concluzia ca lucrurile acestea se intampla daca avem miscare de ruliu... Deci unul dintre lucrurile pe care dorim sa le evitam este miscarea de ruliu. Aceasta se evita, asigurandu-ne ca stabilizatoarele sunt centrate, ca nu avem profile aerodinamice asimetrice. Totodata dorim ca motorul sa fie aliniat cu axa longitudinala geometrica a rachetei.
Apoi un alt lucru de care trebuie sa ne ferim este plasarea nesimetrica a masei in racheta. Altfel spus nu dorim ca axa principala de inertie de ruliu sa fie diferita de axa longitudinala geometrica a rachetei. Dorim ca axa longitudinala geometrica a rachetei sa fie si axa principala de ruliu iar acest lucru se poate realiza doar daca plasam simetric masa in interiorul rachetei (sisteme electronice, parasuta/parasute etc.).
Si totusi chiar si in acest caz cuplarea de ruliu are sanse sa apara... pentru ca exista ceva mai mult! :lol:
Orice racheta are trei momente principale de inertie definite in raport cu axele principale de inertie ce trec prin centrul de greutate al rachetei respective. Le putem nota scolareste Ixx, Iyy, Izz (moment de inertie de ruliu, de tangaj si de giratie/de cap). In general momentul de inertie de tangaj este egal cu momentul de inertie de giratie (sau de cap cum se mai numeste cateodata). Momentul de inertie de ruliu este diferit de cel de tangaj (si deci si de cel de giratie) si mai mic decat cele doua. De ce mai mic? Pentru ca in general masa intr-o racheta este distribuita in apropierea axei de ruliu iar momentele de inertie reprezinta sume (de fapt integrale) ale produselor intre elementele de masa si patratul distantei pana la axa de inertie (in acest caz cea de ruliu).
Mai simplificat pentru orice racheta avem trei momente de inertie principale pe care le putem determina iarasi fie din calcule "pe hartie" (chiar nu este dificil) fie cu ajutorul unui software adecvat (iarasi recomand Aerolab). Aici intervine lucrul interesant. Trebuie sa evitam ca Ixx-Iyy/Izz sa fie -1. In momentul in care raportul respectiv devine -1 avem cuplare inertiala (tendinta de cuplare) intre ruliu si tangaj/giratie si racheta va tinde sa aiba o miscare de "precesie".
In concluzie:
1.) dorim ca CP sa fie in spatele CG atunci cand privim de la con spre motor
2.) dorim sa verificam ca distanta CP- CG este de 1-2 calibre TOT TIMPUL zborului (pentru supersonic.. luam in considerare ca pozitia CP se modifica cu viteza si unghiul de zbor si verificam fie analitic fie cu software ca tot timpul racheta este stabila).
3.) dorim sa avem totul simetric plasat pe racheta astfel incat axa de ruliu sa coincida cu axa longitudinala geometrica
4.) dorim ca stabilizatoarele sa fie simetric plasat, sa aiba profile aerodinamice simetrice si sa nu creeze momente de rotatie. Orice structura agatata intr-un punct de corpul rachetei ar trebui sa aiba "echivalent" pe partea opusa iar motorul trebuie sa fie plasat cat mai simetric posibil
5.) dorim ca raportul de cuplare inertiala (Ixx-Iyy)/Izz (ruliu, tangaj, giratie/de cap) sa fie DIFERIT de -1. In caz contrar (cu ajutorul 3.) si 4.) ) obtinem efectul advers de cuplare inertiala a miscarii de ruliu cu tangaj/giratie, cuplare ce are ca rezultat o puternica miscare de precesie a rachetei care prin fortele centrifugale dezvoltate va produce "dezintegrarea" rachetei.
MIG-29
edit: uitasem sa mentionez mai sus... atunci cand avem cuplare inertiala de ruliu si racheta incepe sa aiba miscare de precesie puternica in jurul axei de ruliu vom avea surpriza ca va deveni si instabila... deoarece unghiul de atac se modifica acesta deplasand centrul de presiune. In felul acesta racheta intra intr-un regim de zbor instabil si astfel pe langa miscarea de precesie violenta (si ea insasi suficient de distructiva) vom avea si o racheta instabila sau la limita stabilitatii. Avem toate ingredientele unui zbor esuat! :lol: Prin urmare... centrati-va rachetele, fiti siguri ca pe tot regimul de zbor sunt centrate si stati departe de "cuplarile inertiale"! :)
Aceasta postare a fost editata de MIG-29: 16 January 2007 - 12:04 PM
Ajutor
Raspuns nou
Citare Multipla
