Как рассчитать полет ракеты

Рассмотрен практический пример использования известной программы расчета полета ALTIMMEX.

Наверно многие ракетчики пользуются программным обеспечением, созданным RocKIРАКЕТНЫЕ ПРОГРАММЫ. Большой популярностью пользуется программа ALTIMMEX (на текущий момент -SP2):

Интересна история этой программы. После создания стенда для испытания двигателей появилась необходимость обсчитать результаты испытаний. Чтобы не делать эту тупую работу вручную была написана простая программка. Когда возникла необходимость прикинуть длину направляющей, стало понятно, что делать это нужно только исходя из характеристик двигателя. Программка была дополнена соответствующим расчетом. Однако, что значит рассчитать длину направляющей? Это, фактически, рассчитать характеристики полета ракеты с работающим мотором. Программа была дополнена определением соответствующих характеристик таких, как максимальная скорость, максимальное ускорение и т.п. Ну, а рассчитав полет с работающим двигателем, уже ничего не стоит посчитать характеристики полета с неработающим двигателем. Программа была дополнена соответствующим расчетом. Короче, получилась полноценная программа расчета, как параметров мотора, так и полетных характеристик ракеты с таким мотором. Причем расчет достаточно строгий с учетом практически всего, что можно учесть.

Пример того, как можно использовать программу при расчете полета ракеты.

Двигатель мы уже посчитали, а теперь посчитаем полет нашей будущей ракеты используя полученные ранее параметры двигателя.

Для этого мы перенесли параметры тяги и времени из закладки «calc», поставили эти значения в первые два столбца полетного калькулятора. Так же мы заполнили необходимые поля (массу топлива и полную массу мотора). Нажали кнопку «Считать мотор» и вот что имеем в левой части программы:

И теперь мы имеем полный расчет двигателя, точно такой, что был получен при расчете мотора. Но лучше если бы это были реальные данные полученные от двигателя на стенде.

Заполняем правую сторону программы. Нам нужно поставить значения широты местности где производится запуск (пусть это будет Бибирево), температуру воздуха (пусть будет 0*С, зима не удалась), начальная высота 0, скорость 0, масса ракеты без мотора (ну например 1 кг), диаметр миделя ракеты (пусть будет 75 мм), и скорость стабилизации (я обычно ставлю 15 м/с).

Еще необходимо (хотя бы примерно) обозначить диаметр парашюта, К. сопротивления купола, и примерное время до апогея.

Поставили и смотрим что получилось:

Сейчас наша ракета улетела на 1246 м. Продолжаем совершенствовать расчет, и переходим во вкладку Сх.

Поскольку мы не удосужились сделать расчет коэффициента Сх (он делается в Аэролабе), то ставим в клетки типовые значения 0,5-0,6.

Сх=0,5-0,6 это как правило самые средние значения АД-сопротивления типовой ракеты на «дозвуке». Но эти значения уже сделают расчет полета более реальным.
Смотрим:

И вот теперь уже наша ракета летит на 1389 метров. Становится веселей.

А теперь попробуем улететь на столько высоко на сколько это возможно. Вычисляем оптимальную массу.

Поскольку ранее посчитанный полет у нас был для взлетной массы в 2 кг, то мы зададим рамки от 1,5 до 2,5 кг. В результате получим оптимальную массу для достижения наивысшей точки в 1411 м.

И эта масса составляет 1,7 кг.

Значит пустая масса нашей ракеты должна составлять всего 700 г (а мы от балды поставили 1 кг). Учитываем это при проектировании, при необходимости облегчаем ракету, или наоборот кладем в корпус балласт.

Приглядевшись в полученные данные, замечаем, что посчитанное время до апогея 14 сек. Мы же задались значением в 20 сек. Вычитаем из этого значения время работы мотора (14-1,5=12,5 с), и получаем 12,5 сек.

Это значение и ставим в графу «задержка 1 после тяги».

Теперь расчет можно считать законченным. Масса ракеты оптимизировалась, и скорость спуска на парашюте приобрела реальное значение.

Конечно в этом расчете имеются неточности. Мы не учитываем скорость ветра, и не используем в расчетах правильные значения АД-сопротивления. Но тем не менее, наш расчет будет совпадать с реальностью с погрешностью около 10%. Остается надеяться, что мы не «накосячили» в расчетах двигателя, и что этот двигатель отработает штатно.

Кстати наша виртуальная ракета в плотную приблизилась к трансзвуку. Мои поздравления!

Mihail66