Многоступенчатые водяные ракеты из пластиковых бутылок

Ckona> Успешные запуски двух- и трехступенчатых водяных ракет дают основание для разделения темы.
Не гордыня ли руководит Отцом-основателем?

PopovIgor> Почему?
При большей массе вся вода закончилась на стартовом стержне за счет более медленного разгона.

Ckona> Ну, 190 метров и 235 можно списать на аэродинамику, а вот 21 и 31 м/с требуют разбирательства.
Нужно смотреть условия разделения - давление или высота?

Я бустеры один раз считал вручную. А вообще, прога под них "не заточена". Двигатель ракеты включается не в момент старта, а в момент отделения бустеров. На этом немного теряем высоту.

Игорь, сопротивление воздуха считается только для работающей ступени. Остальные - в игнор. Поэтому центральную часть для бустеров тоже надо указывать. Правда, это почти ни на что не влияет.

Мои результаты ближе к Игорю, но у нас разные Сх.

Взял те же параметры ракеты с тремя бустерами и стал в ракету подливать воды. По 100 мл.
От 0,1 л до 2,1 л, то бишь налил 2 л воды и стал смотреть, а чо будет?
Коэф. заправки второй ступени менялся соответственно от 1,7% до 35,6%.

Получил вот такой непонятный график*.

*Примечание.
Для истинной высоты - умножить значения с графика на 2.
Для истинной скорости при разделении - значения с графика разделить на 2.
Истинная макс. скорость соответствует значениям графика.

Теперь вопросы.
1. Что за впадины и холмы посередине?
2. Стартовый вес увеличивается вдвое!, а макс. скорость ( и высота) остаются практически постоянными. Коэф. заправки втор. ступени меняется при этом от 1,7% до 20,6%.
Максимум скорости здесь при М=1,97 кг (1 л воды - 16,9%).
3. Откуда странный скачок на графике скорости при разделении?
По идее, с нагружением второй ступени, она должна плавно падать.

Разобраться с п.3 надоумил Ckona, стал смотреть - а оно вон как вышло?

PopovIgor>> Почему?
Gematogen> При большей массе вся вода закончилась на стартовом стержне за счет более медленного разгона.
Ясно. Ушла в зазор?
Буду заказывать направляющие ф21,5 мм.

PopovIgor> Буду заказывать направляющие ф21,5 мм.

Опять заклинит.
Выигрыша практически нет. Вода, уходящая в зазор создает реактивную тягу.
Бери стандартную двадцатку. Можно даже не очень ровную. Трубу металлопластиковую.

Gematogen> Я бустеры один раз считал вручную. А вообще, прога под них "не заточена". Двигатель ракеты включается не в момент старта, а в момент отделения бустеров. На этом немного теряем высоту.

На самом деле и на ракету действует на высоту собственной направляющей сначала PS, затем после схода до разделения 2PS. Эти силы куда девать? Добавлять, вычитать от бустеров или как?

Gematogen> Выигрыша практически нет. Вода, уходящая в зазор создает реактивную тягу.
Струя воды из зазора трётся о направляющую ф20 жестко связанную с землей.
Имеет ли она такую же скорость на срезе, как и при свободном истечении?

PopovIgor> На самом деле и на ракету действует на высоту собственной направляющей сначала PS, затем после схода до разделения 2PS. Эти силы куда девать? Добавлять, вычитать от бустеров или как?
Добавлять. С учетом расхода массы и давления.
PopovIgor> Струя воды из зазора трётся о направляющую ф20 жестко связанную с землей.
PopovIgor> Имеет ли она такую же скорость на срезе, как и при свободном истечении?
Нет.

Gematogen> Добавлять. С учетом расхода массы и давления.
Ты уверен? Боковые бустеры на крючках.
В таком случае, внутренняя направляющая (зак затычка) не нужна. Без нее эффективнее?

Пусть ракета висит на крючке бустера.
Тяга на бустере - 50Н, на ракете - 100Н.
Двигатели включаются одновременно. Сопротивление ноль.
Чего тут к чему добавлять, когда ракета мгновенно улетит от бустера?

Или наоборот, на бустере - 100, на ракете - 50. Тогда ракету будут толкать уже 150Н?
Чего то я недопонимаю.

PopovIgor> заметил странную особенность в программе.
Надо просить Гематогена еще раз выложить модель, в виде фотографий формул на бумажке (так быстрее всего).

В связи с достижениями БРАТа-2 меня заинтересовал вопрос о наиболее выгодной схеме многоступенчатой ракеты для высотных рекордов, а также значения потерь на аэродинамическую стабилизацию.

Gematogen> Не гордыня ли руководит Отцом-основателем?
Чисто логика.
Обсуждать в "обыкновенных одноступенчатых ракетах" механизмы разделения ступеней и конструкции бустерных крючков - нелогично.
А для многоступенчатых - технологии изготовления перьев стабилизатора или компрессорные вопросы выглядят уже наивно.

Давно собирался разделить темы, но ждал результатов других участников.
Надо найти ссылку на механизм БРАТа-2 на воздушном шарике.

Ckona> Чисто логика.
Да я пошутковал
Ckona> Надо найти ссылку на механизм БРАТа-2 на воздушном шарике.
Да, знатный механизм. Я даже под него гардену раскурочил, хотя без парашюта он мне - как зайцу стоп-сигнал.
Ckona> Надо просить Гематогена еще раз выложить модель, в виде фотографий формул на бумажке (так быстрее всего).
В основном я пользовался трудами Игоря...
Только с температурой воздуха сам мудрил.

PopovIgor> Тяга на бустере - 50Н, на ракете - 100Н.
PopovIgor> Двигатели включаются одновременно. Сопротивление ноль.
PopovIgor> Чего тут к чему добавлять, когда ракета мгновенно улетит от бустера?
Енто как сказать...
Ракета существенно тяжелее.
Затычка в сопле ракеты (точнее внутренняя направляющая) не будет мешать до тех пор, пока скорость движения по направляющей не превысит скорости истечения жидкости. В рассматриваемом нами примере пр 8 атм это 40 м/с. Запас по скорости - двукратный.

PopovIgor>> Тяга на бустере - 50Н, на ракете - 100Н.
PopovIgor>> Двигатели включаются одновременно. Сопротивление ноль.
PopovIgor>> Чего тут к чему добавлять, когда ракета мгновенно улетит от бустера?
Gematogen> Енто как сказать...
Gematogen> Ракета существенно тяжелее.
Ракета и бустер одинаковы по весу.
Как будут складываться-вычитаться усилия?
Пусть у бустера - 100, у сопла ракеты -50. Сколько ее будет толкать?
Пусть у бустера падает от 100 до 0.
Когда у бустера будет 51, сколько будет толкать? 101?
Когда у бустера будет 49, сколько будет толкать? 99 или все же 50, т.к. соединения не будет, ракета уйдет, а бустер останется.
Интересует принципиальный вопрос, сам немного запутался

PopovIgor> Интересует принципиальный вопрос, сам немного запутался
Толкать перестанет, когда ускорение бустера без ракеты будет меньше, чем ускорение ракеты без бустера.

PopovIgor>> Интересует принципиальный вопрос, сам немного запутался
Gematogen> Толкать перестанет, когда ускорение бустера без ракеты будет меньше, чем ускорение ракеты без бустера.
Елки, сколько будет толкать, когда на бустере 51, на ракете 50? 101 или 51? Оба-двое одинаковы. Понять хочу, оказывает ли влияние снижение тяги в два раза на самой ракете в период работы бустеров за счет внутр. направляющей ракеты или нет. Делать эту направляющую или нет?

Забудь ты вообще про эти бустеры-ракеты.
Вопрос проще.
Есть две абсолютно одинаковых по весу ракеты.
Вторая насажена на боковые крючки первой.
Тяга первой 100Н, второй 50Н. Расходы одинаковы.
Забудь про воду. Там стоят одинаковые РДТТ. Равные по весу. Энергетика у них разная.
Когда выгоднее включать двигатель второй? Сразу или погодя, когда отработает первый?

PopovIgor> Разобраться с п.3 надоумил Ckona, стал смотреть - а оно вон как вышло?
Задал ты мне работенку...
Мы ужо вскользь касались темы погрешностей расчета.
Думаю, что здесь играет роль тот же принцип.
Поэтому я решил прикинуть ракету (почти на твоих цифрах) с повышенной точностью
0,001 сек комп не проглотил
0,003 сек - как я и ожидал, получились гладкие графики, но возникло одно "НО".
Результат расчета существенно поменялся.

Дело в том, что все нужные нам характеристики ухудшаются со временем (давление, сила сопротивления и т.п.). График апроксимируется при расчетах узкими прямоугольниками. В течение периода действуют показатели на начало периода. Это приводит к однонаправленному накоплению погрешности
Чем больше период, тем больше погрешность (ПМСМ квадратичная зависимость).
Я об этом знал, но не предполагал, что все настолько плохо.
Особенно эта хрень должна проявляться в быстротекущих процессах (воздушная фаза).
Кстати, именно поэтому внутри файла в некоторые моменты период автоматически уменьшается в десять раз.

Файл создавался исключительно для ответа на два вопроса:
1 - насколько высоко может улететь двухлитровая бутылка с обтекателем и стабилизатором?
2 - сколько воды нужно налить для максимальной высоты?

Тем более, что для двухлитровой ракеты при изменении периода дискретизации с 0,01 до 0,001 высота увеличивается (!) всего на 78 см.

Единственный выход в текущей ситуации - увеличивать частоту дискретизации. Но число строк прямо пропорционально. У меня комп ругается после 6000 строк - типа формулков многовато.
Если конечно такая точность нужна.

Альтернативный вариант - набросать макрос, который будет считать эту хрень с любой точностью, но результаты будут только по событиям - параметры полета в ключевые моменты (старт, сход с направляющей, разделение, переход с воды на воздух, апогей и т.п.).
Но его еще надо "набросать"

Прилагаю графики.

PopovIgor> Вопрос проще.
PopovIgor> Есть две абсолютно одинаковых по весу ракеты.
PopovIgor> Вторая насажена на боковые крючки первой.
Как ты их отличаешь? Они ведь одинаковые!
PopovIgor> Тяга первой 100Н, второй 50Н. Расходы одинаковы.
PopovIgor> Забудь про воду. Там стоят одинаковые РДТТ. Равные по весу. Энергетика у них разная.
Нахрен взял вторую? Бери две первых!
PopovIgor> Когда выгоднее включать двигатель второй? Сразу или погодя, когда отработает первый?
А что пытаемся получить?
Если серьезно, то нужно считать.
Только опущены некоторые параметры.
Например - время наличия тяги - одинаково? В диапазоне каких скоростей работаем? Соотношение сопртивления к массе? И т.п.

Если вернуться к конкретике, я бы забил на внутреннюю направляющую. Проще чутка бустеры качнуть...

Ckona> Надо найти ссылку на механизм БРАТа-2 на воздушном шарике.

Вот ссылки на авторские описания самого легкого в мире механизма разделения ступеней:

Ckona>> Надо найти ссылку на механизм БРАТа-2 на воздушном шарике.
Ckona> Вот ссылки на авторские описания самого легкого в мире механизма разделения ступеней:

А зачем искать, когда полное описание Александра уже лежит на твоем же сайте http://ckona.rocketworkshop.net/Ex-USSR%20WRA/Site/index.htm ?
Там же и руководство по изготовлению.
Забыл?

PopovIgor> Забыл?

Перепутал с описанием пневмопатрона.
Ничего, через месяц-два вернусь к сайтообразованию, все станет на места.

Ckona> Обсуждать в "обыкновенных одноступенчатых ракетах" механизмы разделения ступеней и конструкции бустерных крючков - нелогично.

Прошу коллег помочь советом и обсудить конструкцию и схему ракеты с боковыми ускорителями.
Схема на приложенном рис.
Данные для предметного изучения вопроса(усилий) таковы:
1. Ракета 1 шт - Vо=2л Р=8 атм Вода 0,15 л Сопло гардена ф9 мм Мо=0,37 кг (в т.ч. БРЭО -0,22 кг).
2. Бустер 3 шт - Vо=1,5 л Р=8 атм Вода 0,05 л Сопло ф21,74 мм Разгонная труба ф20*350 мм Мо=0,08 кг
Имеются три внешних направляющих по корпусу ракеты длиной 1000 мм
На самой ракете предполагается неширокое, сильно оттянутое вниз, оперение.
Т.к. корпуса бустеров и ракеты цельные и не имеют никаких отверстий (кроме горла ), то давление можно поднимать до 9 атм (Slavish77). Можно и до 14 атм - усиление армированным скотчем - правда усилие на выступе горла будет 180 кгс или по 22 кгс на стяжку (8 шт).

Статика
Удержание на старте за выступ горла ракеты.
Усилие составит 290*3+157=1027Н (105 кгс) - сколько и каких нужно стяжек?

Крепление бустеров пока предполагается - "крючок-трубка"
Выталкивающее усилие на крючке при удержании - 290/2=145Н
Не уверен, что усилие равномерно распределится на оба крючка, верхний и нижний.
Возможно, что будет только на одном.

Надо ли учитывать расположение крючков относительно ЦТ ракеты?
Как крепить крючки и трубки на корпусе, учитывая его раздутие при нагнетании и усилия в соединении (на старте и в динамике) ? Жесткий бандаж? Скотч? Крючков - один или два?

Динамика
Расчеты (программа Гематогена) показывают
Сход с направляющей ф20 - Н=0,35 м V=27 м/с Т=0,02 сек
Максимум ускорения и силы тяги ("плевок" воды из бустера)
на высоте 0,8м V=45 м/с Т=0,03 сек а=1775 м/с² Перегрузка к=1775/9,81=181

Хоть на каждом бустере усилие выталкивания значительно (290Н), но смущает скоротечность процесса - выход ракеты из внешних направляющих через 0,035 сек. Не убежит ли один бустер вперед, а остальные его будут догонять (выйдя при этом из зацепления -трение о-рингов в сопле ф21,74)?
Может стоит по-другому? Например, диск на корпусе ракеты, а снизу в него упираются выступы корпуса бустера? Расчетная скорость на высоте 1 м - 50 м/с. А/э стабилизация?

Достаточно ли будет при этом одной точки контакта? Волнует при этом линейный размер Y.

Как рассчитать максимальные усилия на крючках в динамике с учетом реактивной тяги ракеты ?

Если судить по Гематогену, то максимум, что может быть при перегрузке:
0,37*181/3=22,3 кгс (218Н) Можно ли так считать?
Если это так, то усилия в динамике меньше, чем в статике (290Н). Следовательно, по этому усилию можно проверять конструкцию крепления на стенде.

Короче, вопросов много, и думаю, что это еще не все.

Но расчеты по Гематогену показывают для такой маленькой ракетки 2л/0,37 кг совсем неплохой результат - 175 м при Р=8 атм.

Такую маленькую и легкую ракету нелогично разгонять тремя 21-мм соплами.
Практическая логика подсказывает: нагрузка на одно 21-мм сопло: 0,4...8 кГ,
и то при нагрузке до 1 кГ имеем скорее минметный выстрел, чем ракетный старт.

Ckona> Такую маленькую и легкую ракету нелогично разгонять тремя 21-мм соплами.
Ckona> Практическая логика подсказывает: нагрузка на одно 21-мм сопло: 0,4...8 кГ,
Абсолютно с тобой согласен.
Но ничто не мешает поставить ракету такую, какую надо.
Пример приведен исключительно для определения усилий и конструкции крепления бустеров к ракете.

Ckona> разгонять тремя 21-мм соплами.
Думаю, три 21-мм сопла в таком применении понадобятся при разгоне двухметровой конструкции со стартовой массой 15-20 кГ.

Вообще, не следует забывать: если сопел больше одного, у них будет разная тяга.
Если перекосу тяги не противодействует значительный момент инерции - никто никуда не летит.
Многобустерный разгон - для длинных вторых ступеней.