Меню

Стабилизаторы для ракеты чертеж

За счёт чего ракете удается лететь прямо даже при боковом ветре

Если мы рассмотрим конструкцию самого обыкновенного дротика, то заметим, что он имеет тяжелый наконечник и оперенный хвост. Такое исполнение не случайно и призвано развести на максимальное расстояние центр тяжести (находящийся спереди) и центр действия аэродинамических сил (находящийся сзади).

Баррель дротика содержит в себе основную массу изделия

Благодаря тому, что центр действия аэродинамических сил находится за центром тяжести, достигается динамическая устойчивость дротика. Другими словами, при отклонении оси дротика от траектории движения (например, в результате небольшого поворота) возникает силовое возмущение, которое стабилизирует полет дротика. То же самое происходит с некоторыми ракетами, имеющими наиболее простое конструктивное исполнение.

Однако помимо аэродинамических сил на ракету действует тяга, которая приложена к хвосту ракеты, и, как ни странно, это не самое удачное расположение . Например, из повседневного опыта ясно, что удобнее ехать на автомобиле с прицепом вперед, чем сдавать назад, так как при движении задом прицеп норовит повернуть в сторону. То же самое происходит и с ракетой. Если вектор тяги не проходит строго через центр тяжести ракеты, возникает момент силы, который пытается повернуть ракету, и, если силы аэродинамики не компенсируют момент, ракета начнет неуправляемо метаться из стороны в сторону, пока не врежется во что-нибудь менее подвижное.

Однако если присмотреться к современным баллистическим ракетам и ракетам-носителям космического назначения, можно заметить, что их хвостовое оперение либо представлено очень скромными аэродинамическими стабилизаторами, либо отсутствует вовсе. Но ощипанным птеродактилям и летучим мышам отсутствие оперения не мешает летать. Так и здесь. Дело в том, что стабилизация современных ракет осуществляется благодаря управляемому вектору тяги. У большинства ракет регулируется не только уровень тяги, но и угол поворота сопла.

Четырехкамерный маршевый двигатель и четыре маленьких поворотных рулевых сопла

Обычно отклоняемый вектор тяги имеют рулевые двигатели, в то время как маршевые остаются неподвижными. Существуют разные способы управления вектором тяги, о которых более подробно будет рассказано в будущих статьях. Регулируя вектор тяги, автоматическая система управления может компенсировать все действующие на ракету внешние моменты сил, в том числе возникающие и от бокового ветра, подобно тому, как мышцы вытянутой вперед руки компенсируют момент силы тяжести от поднятой гантели. Однако если ось ракеты в пределах земной атмосферы сильно отклонилась от вектора скорости (летит не прямо, а полубоком), возникающие аэродинамические силы способны настолько сильно закрутить ракету, что управляемый вектор тяги окажется бессильным перед возникшей проблемой, и ракета завалится , а затем неминуемо разрушится, как опустится рука, если в нее положить слишком тяжелую гирю.

Кстати, в космосе из-за отсутствия атмосферы аэродинамические стабилизаторы бесполезны, и единственный возможный способ «руления» и обеспечения требуемой ориентации — реактивный.

ставьте лайки, оставляйте комментарии

Источник



Устойчивость моделей ракет в полете

На старте можно наблюдать случаи, когда модель ракеты, сходя с направляющей, вместо вертикального (направленного) полета начинает кувыркаться. Огорченный конструктор зачастую не понимает причину неустойчивого полета. Однако неустойчивость объясняется просто: ЦЕНТР ДАВЛЕНИЯ и ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ модели ракеты расположены неправильно.

Читайте также:  Что значит симисторный стабилизатор

Для устойчивого полета модели ракеты необходимо, чтобы ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ (Ц. Т.) модели ракеты был впереди ее ЦЕНТРА ДАВЛЕНИЯ (Ц. Д.). Практически в ракетном моделизме расстояние между ними должно быть не менее диаметра модели ракеты (рис. 29).

Чтобы найти Ц. Д. модели ракеты, определяют Ц. Т. плоской фигуры модели ракеты. Приведем один из простейших способов нахождения Ц. Д. На чертеже модели ракеты (рис. 30) даны размеры модели ракеты, а также расстояния от носка модели до центров тяжести отдельных плоских фигур. Например, носовая часть модели ракеты на плоскости представляет собой треугольник. Корпус — прямоугольник, стабилизаторы состоят из треугольника и прямоугольника. Центры тяжести фигур найдем геометрическим путем, расстояния до них от носка модели измерены.

Сумма всех моментов от носка проекции модели ракеты, разделенная на общую площадь плоской фигуры модели, дает расстояние от носка проекции модели ракеты по Ц. Т., а следовательно, и до ее Ц. Д. В приведенном примере общая площадь плоской фигуры модели ракеты равна:

Сумма моментов слагается из моментов всех плоских фигур (момент равен произведению площади плоской фигуры на расстояние от носка модели ракеты до ее Ц. Т.).

Расстояние от носка проекции модели ракеты до Ц. Т. плоской фигуры модели ракеты, т. е. до Ц. Д. модели, равно:

Найденный Ц. Д. фиксируем на чертеже и на моделе ракеты. Отложив от Ц. Д. модели в сторону ее носка расстояние, равное диаметру модели ракеты, получим нижнее допустимое положение Ц. Т.

Когда модель ракеты будет полностью собрана, необходимо проверить положение Ц. Т. Для этого модель в горизонтальном положении уравновешивают на острие ножа или на ребре линейки (рис. 31). Если модель имеет фактический Ц. Т. ниже отмеченного предела, надо сделать загрузку носовой части модели ракеты (например, пластилином) либо увеличить площадь стабилизаторов. В первом случае Ц. Т. будет передвинут вперед, а во втором — Ц. Д. отодвинут назад.

Как правило, Ц. Д. рекомендуется располагать по возможности ниже. Если модель не несет полезной нагрузки, перемещать вниз Ц. Д. лучше за счет увеличения площади стабилизаторов, а не загружать модель бесполезным грузом. К тому же, увеличивая до оптимальных размеров площадь стабилизаторов вместо загрузки модели, получим наименьший стартовый вес модели ракеты Gст.

Младшим школьникам Ц. Д. рекомендуется определять способом, показанным на рис. 32. Ц. Д. устанавливается путем балансировки на ребре линейки плоской фигуры модели ракеты, вырезанной в соответствии с чертежом.

Читайте также:  Трехфазный стабилизатор 15 квт для дачи

Устойчивость модели ракеты в полете, а тем более в момент ее схода с направляющей, зависит от ее скорости в момент старта и скорости ветра. Во время сильного ветра модель ракеты обязательно отклонится от намеченной траектории. В ветреную погоду не следует запускать неуправляемые модели-копии, имеющие большую боковую поверхность, и модели ракет с небольшим ускорением а=(1÷2)g. Причем, чем меньше будет ускорение модели ракеты, тем больше она отклонится от намеченной траектории.

Большое значение для устойчивого полета имеет правильное крепление стабилизаторов. Даже один стабилизатор, расположенный не по оси модели ракеты, уведет ее в сторону от намеченной траектории.

Еще одна из причин неустойчивости модели ракеты в полете — наличие на ее теле несимметричных предметов. Например, с одной стороны модели часто прикрепляют стартовые кольца или трубки, предназначенные для пускового штыря. Эти кольца или трубки иногда бывают таких размеров, что явно мешают полету в заданном направлении. В подобных случаях следует с противоположной стороны прикреплять деталь равного аэродинамического сопротивления.

Источник

Стабилизаторы для ракеты чертеж

Урок 7: расчёт, изготовление и крепление стабилизаторов

Стабилизаторы нужны ракете, чтобы лететь прямолинейно. Если стабилизаторы расчитаны неправильно, ракета оказывается аэродинамически нестабильной и кувыркается в воздухе. Существует единственное правило, гарантирующее стабильность ракеты — Центр Тяжести (ЦТ) должен быть выше (ближе к голове), чем Центр Давления (ЦД). Это правило действует для всех неуправляемых ракет, включая и те, у которых двигатель расположен в голове ракеты, например пиротехнические ракеты на рейке. Существует миф, согласно которому двигатель, расположенный в голове ракеты, «тянет» её, поэтому ракета будет стабильна и без стабилизаторов. Это миф, он неверен.

Определения Центра Тяжести ракеты

ЦТ определяется простым уравновешиванием ракеты на пальце. При этом ракета должна быть полностью собрана в таком виде, как она уйдёт в полёт, т.е. со снаряженным двигателем, парашютом, стабилизаторами и т.д. Вместо двигателя или других частей можно использовать точные масово-габаритные модели. Поскольку размер стабилизаторов на этот момент ещё не посчитан, мы не можем точно задать их массу и точно определить ЦТ ракеты. Нужно использовать грузы, примерно равные по весу будущим стабилизаторам, найти ЦТ, использовать его в дальнейших расчётах стабилизаторов, по результатам расчётов скорректировать вес этих грузов и ещё раз проверить правильность расположения ЦТ и ЦД (об этом ниже).

Определение Центра Давления

Простой, хотя и не очень точный метод — метод боковой проекции (центр аэродинамической проекции, ЦАП). Нужно вырезать из картона профиль ракеты и найти его Центр Тяжести, это и покажет, где находится Центр Давления ракеты. Этот метод использовался в докомпьютерную эру в детских кружках.

Гораздо белее точный метод расчёта ЦД — метод Барроумана (Центр Давления Барроумана, ЦДБ). Здесь довольно сложные формулы, поэтому лучше использовать не калькулятор, а подходящую программу. Например Rocki-design, которую можно взять здесь.

Читайте также:  Mazda 6 замена втулки переднего стабилизатора

В программе нужно задать размеры ракеты и полученное вами положение Центра Тяжести. Затем подбирать размер и форму стабилизаторов, чтобы расстояние между ЦТ и ЦДБ было в пределах 1-2 диаметров ракеты (это расстояние, выраженное в калибрах ракеты, называется запасом стабильности). При этом нужно следить, чтобы ЦАП тоже был хоть на сколько-то ниже ЦТ. Результат расчёта выглядит так:

Казалось бы, чем больше запас стабильности, тем лучше, однако это не так. Чем больше запас, тем сильнее ветер отклоняет ракету от вертикальной траектории, ведь ракета ведёт себя как флюгер и поворачивается носом навстречу ветра.

Форма, изготовление и крепление стабилизаторов.

Теоретически, чем дальше от носа ракеты находятся стабилизаторы, чем ниже они вытянуты (номер 1 на рисунке), тем сильнее они опускают Центр Давления вниз. А значит для оптимального запаса стабильности потребуются стабилизаторы меньшей площади, они будут давать меньшее аэродинамическое сопротивление и меньше весить. Но такие стабилизаторы сломаются в первом же полёте, когда ракета, весящая несколько килограммов, ударится ими о землю со скростью 10 м/с. Поэтому такую форму можно встретить только на маленьких лёгких модельных ракетах, спускающихся очень медленно.

Форма 2 также неудачна, потому что большой размах уменьшает жёсткость стабилизаторов и они легко могут поймать флаттер. Кроме того, маленькая длина прилегания к корпусу ракеты уменьшает прочность крепления стабилизатора.

Стабилизаторы 3 и 4 достаточно жёсткие и прочно держатся за корпус, но могут сломаться при ударе о землю, хотя вероятность этого ниже, чем у 1 или 2.

Оптимальной я считаю форму 5, где нижний край стабилизатора отодвинут от кормы ракеты на 10-15 мм, а нижнее ребро уходит немного вверх. При такой конфигурации ракета приземляется на корму или на двигатель, выступающий из кормы, а стабилизаторы выведены из-под удара.

Хорошим материалом для изготовления стабилизаторов является фанера. Листовые пластики тоже подходят, особенно вспененный ПВХ, но они более хрупкие, чем фанера и чаще ломаются.

Крепить стабилизаторы проще всего на уголках. Это не лучший вариант с точки зрения аэродинамики, но для простых ракет, летающих на относительно небольших скоростях (100-200 м\с), это почти не влияет на высоту полёта. Уголков может быть больше, чем 2, они могут быть по обе стороны стабилизатора.

Другой вариант — приклеивание. Например фанеру к полипропиленовой трубе можно достаточно прочно приклеить термоклеем, но нужно соблюдать некоторые тонкости, как описано для ракеты Инспектор.

Все рекомендации на этой странице относятся только к ракетам, летающим на относительно небольших скоростях, 100-200 м/с. Для сверхзвуковых ракет Центр Давления нужно расчитывать по-другому, изготавливать стабилизаторы из других материалов и крепить совсем по-другому.

Источник