Эмпирическая ракета

рекомендации по геометрии планера ракеты

Когда человек впервые берется за создание своей ракеты, у него возникает много вопросов, не только по конструкции вообще, но и по внешнему облику ракеты. Как выбрать длину ракеты? Каким должен быть стабилизатор? Какую форму должен иметь головной обтекатель? И т.д. и т.п.

На самом деле здесь нет каких-то очень строгих ограничений. При наличии определенного опыта можно в достаточно широких пределах варьировать размеры и пропорции ракеты. Но для новичка, не владеющего тонкостями процеса, важно, чтобы форма его ракеты позволила произвести удачный запуск. Для этого и была придумана так называемая "эмпирическая ракета". В ней, на основании большого накопленного опыта, собраны, обобщены и усреднены основные параметры "хорошей" ракеты. При этом учтены все основные требования к аэродинамике, устойчивости, прочности конструкции. Т.е. ракета, сделанная на базе "эмпирической", гарантированно хорошо полетит при наличии хорошего двигателя с достаточной тягой.

В литературе по ракетомоделизму можно найти рекомендации по этому вопросу, но обычно не в полном объеме и не всегда одинаковые. Здесь я приведу своё видение "эмпирической ракеты", основанное на изучении вышеупомянутой литературы, собственном опыте и с учетом мнений опытных ракетчиков участвующих в Ракетомодельном форуме Авиабазы. Большой вклад в работу по обобщению характеристик внес болгарский ракетчик VMK, на счету которого не один десяток удачных полетов.

Для универсальности будем выражать параметры в калибрах, или диаметрах D корпуса ракеты. Сама "эмпирическая ракета" с соблюдением пропорций показана на Рис.1.
   Вот ее размеры:

Вопросы устойчивости это отдельный разговор, см. статью "Устойчивость ракеты". Здесь только поясню, что центр давления ракеты (ЦД) должен находиться позади центра тяжести (ЦТ) ракеты на достаточном удалении k, которое и называется "запасом устойчивости". Что такое ЦТ, думаю, понятно даже новичку, а ЦД - это точка приложения аэродинамических сил, действующих на ракету от набегающего потока.

Расчитать размеры ракеты по эмпирическим критериям можно в моей программе EmpiricRocket, которую предлагаю для облегчения расчетов пропорций Вашей ракеты. Для этого достаточно задать диаметр корпуса и количество стабилизаторов, и программа выдаст все основные размеры и положения ЦД и ЦТ. Центр давления рассчитывается по довольно точному методу Джеймса Барроумана (James S. Barrowman). Можно поварьировать параметры в пределах указанных для "эмпирической" ракеты.

Чтобы не сложилось впечатление, что данные рекомендации годятся только для начинающих ракетчиков, могу с уверенностью сказать, что большинство любительских ракет, независимо от опытности их авторов, соответствуют предложенным здесь эмпирическим критериям.

В заключение хочу дать несколько дополнительных рекомендаций, придерживаться которых не обязательно, но, на мой взгляд, желательно.
    Например, очень полезно делать плавный переход от обтекателя на корпус. Это позволит избежать возникновения вредных срывных течений в носовой части ракеты. Т.е. лучше делать головной обтекатель не конусный, а чечевичный или элиптический.
    Стабилизаторы должны иметь достаточно большую стреловидность (>30°) по передней кромке и нейтральную или небольшую обратную стреловидность по задней кромке. Такая форма наиболее устойчива к возникновению резонансных флаттерных колебаний, приводящих к поломке стабилизатора.
    И, конечно, нельзя забывать о том, что стабилизаторы должны иметь хороший аэродинамический профиль. По крайней мере, надо хотя бы скруглить или заострить переднюю и заднюю кромки. Наиболее предпочтительные формы профиля показаны на рис.2. На небольших ракетах обычно стабилизаторы делают из тонких пластин, поэтому для них вполне подходят упрощенные варианты профилей. /22.09.2009 kia-soft/

P.S.
   Содержание может корректироваться по мере накопления данных.