Кафедра «Технология производства и эксплуатации двигателей летательных аппаратов»
Доклад по теме
«Устойчивость ракеты. Стабилизация и управление.»
Исполнитель,
Студент группы Т12О-308Б-19: _________________ Николаенков А.В.
(подпись, дата)
Преподаватель,
_________________Бокша Л.В.
(подпись, дата)
Что делает ракету стабильной или нестабильной?
Любая материя имеет внутри точку, называемую центром масс или «СМ», независимо от ее размера, массы или формы. Центр масс — это то место, где находится вся масса этого объекта. идеально сбалансирован.
Вы можете легко найти центр масс объекта, например линейки, балансируя его на пальце. сделать линейку одинаковой толщины и плотности, центр масс должен быть на полпути между одним концом стержня и другим. CM больше не будет в середине, если тяжелый гвоздь вбит в один из его концов. Точка баланса будет ближе к концу гвоздя.
CM важен в полете ракеты, потому что нестабильная ракета падает вокруг этой точки. Фактически, любая объект в полете имеет тенденцию кувыркаться. Если вы бросите палку, она перевернется из стороны в сторону. Бросьте мяч, и он начнет вращаться в полете. Вращение или кувырок стабилизирует объект в полете. Фрисби отправится туда, куда вы хотите на ly, если вы бросите его с преднамеренным вращением. Попробуйте бросить фрисби, не вращая его, и вы обнаружите, что он летит по беспорядочной траектории и далеко не достигает своей цели, если вы вообще можете его бросить.
Крен, тангаж и рыскание
Вращение или кувырок происходит вокруг одной или нескольких из трех осей в полете: крен, тангаж и рыскание. Точка пересечения всех трех осей является центром масс.
Оси тангажа и рыскания являются наиболее важными в полете ракеты, потому что любое движение в любом из этих двух направлений может привести к отклонению ракеты от курса. Ось крена наименее важна, потому что движение по этой оси не повлияет на траекторию полета.
Фактически, качение поможет стабилизировать ракету. способ стабилизации правильно пройденного футбольного мяча путем его перекатывания или закручивания по спирали в полете. Хотя плохо пройденный футбольный мяч все равно может долететь до своей цели, даже если он кувыркается, а не катится, ракета этого не сделает. Энергия действия-реакции футбольного паса полностью расходуется бросающим в тот момент, когда мяч покидает его руку. В ракетах тяга двигателя по-прежнему создается, пока ракета находится в полете. Неустойчивые движения по осям тангажа и рыскания заставят ракету покинуть запланированный курс. Система управления необходима для предотвращения или, по крайней мере, минимизации нестабильных движений..
Центр давления
Еще одним важным центром, влияющим на полет ракеты, является ее центр давления или «ЦП». Центр давления существует только тогда, когда воздух проходит мимо движущейся ракеты. Этот поток воздуха, который трется и толкается о внешнюю поверхность ракеты, может заставить ее начать движение вокруг одной из трех осей.
Подумайте о погоде лопасть, похожая на стрелу палка, установленная на крыше и используемая для определения направления ветра. Стрелка прикреплена к вертикальному стержню, который действует как точка поворота. Стрелка уравновешена, поэтому центр масс находится прямо в точке поворота. Когда дует ветер, стрелка поворачивается, и острие стрелки указывает на встречный ветер. Конец стрелки указывает в направлении по ветру.
Стрелка флюгера указывает на ветер, потому что хвостовая часть стрелки имеет гораздо большую площадь поверхности, чем наконечник стрелы. Текущий воздух передает большую силу хвосту, чем голове, поэтому хвост отталкивается. На стрелке есть точка, где площадь поверхности с одной стороны такая же, как и с другой. Это место называется центром давления. Центр давления находится не в одном месте с центром масс. Если бы это было так, то ветер не одобрил бы ни одного конца стрелки. Стрелка не указывала. Центр давления находится между центром масс и концом стрелки. Это означает, что у хвостовой части больше площадь поверхности, чем у головной части.
Центр давления в ракете должен быть расположен ближе к хвосту. Центр масс должен быть расположен ближе к носу. Если они находятся в одном месте или очень близко друг к другу, ракета будет нестабильна в полете. Он будет пытаться вращаться вокруг центра масс по осям тангажа и рыскания, создавая опасную ситуацию.
Системы управления
Чтобы сделать ракету устойчивой, нужна какая-то система управления. Системы управления ракетами удерживают ракету в полете и управляют ею. Маленькие ракеты обычно требуют только стабилизирующей системы управления. Для больших ракет, таких как те, которые запускают спутники на орбиту, требуется система, которая не только стабилизирует ракету, но и позволяет ей изменять курс во время полета.
Управление ракетами может быть активным или пассивным. Пассивное управление — это фиксированные устройства, которые удерживают ракеты в стабилизированном состоянии за счет самого их присутствия на внешней стороне ракеты. Активные элементы управления можно перемещать, пока ракета находится в полете, для стабилизации и управления аппаратом.
Пассивные элементы управления
Самый простой из все пассивное управление — это палка. Китайские огненные стрелы были простыми ракетами, установленными на концах палок, которые удерживали центр давления позади центра масс. Несмотря на это, огненные стрелы были заведомо неточными. Воздух должен был пройти мимо ракеты, прежде чем центр давления смог сработать. Пока стрела неподвижна и неподвижна, она может качнуться и выстрелить не в ту сторону..
Точность стрельбы огненными стрелами была значительно улучшена спустя годы, установив их в желобе, направленном в нужном направлении. Желоб направлял стрелу до тех пор, пока она не стала двигаться достаточно быстро, чтобы стать устойчивой сама по себе.
Еще одно важное улучшение в ракетной технике произошло, когда палки были заменены группами легких Ребра установлены вокруг нижнего конца возле сопла. Ласты могли быть сделаны из легких материалов и иметь обтекаемую форму. Они придавали ракетам вид, похожий на дротики. Большая площадь ребер легко удерживала центр давления позади центра масс. Некоторые экспериментаторы даже сгибали нижние концы плавников как вертушка, чтобы способствовать быстрому вращению в полете. С этими «плавниками вращения» ракеты становятся намного более стабильными, но такая конструкция обеспечивает большее сопротивление и ограничивает дальность полета ракеты.