Исследование статической устойчивости модельной ракеты

Актуальность. При конструировании летающих моделей ракет одной из сложных задач является обеспечение статической устойчивости ракеты в полете на заданной траектории. Под статической устойчивостью понимается способность модели возвращаться в положение равновесия, нарушенное внешними силами (ветром, асимметрией модели и т. д.). При этом модель должна быть стабилизирована по углу между продольной осью модели и направлением полета (вектора скорости), т. е. сохранять нулевой угол атаки. Условием обеспечения статической устойчивости модели ракеты является расположение её центра тяжести впереди центра давления. В этом случае при появлении угла атаки отличного от нуля аэродинамические силы создадут стабилизирующий момент, который возвратит модель к нулевому углу атаки. Целью исследования является разработка и сравнение методов определения положения центра давления ракеты и определение её статической устойчивости. Рассмотрены упрощенный метод, аналитический расчет, графический способ и различные практические подходы, которые могут использоваться в ракетном моделировании. В качестве методов исследования были использованы аналитический подход, графический метод и конечно-элементное моделирование в программе SolidWorks Flow Simulation. Кроме того, был рассмотрен ряд приближенных методов расчета. В исследовании проведен анализ возможностей рассмотренных методов определения статической устойчивости модельной ракеты и погрешность их применения. Для подтверждения результатов расчёта был проведен компьютерный эксперимент в виде продувки конечно-элементной модели ракеты с помощью программы SolidWorks Flow Simulation. Результаты компьютерного моделирования подтвердили надежность предложенных методов определения статической устойчивости модельной ракеты. Результаты исследования. Упрощенные методы определения статической устойчивости ракеты являются наиболее простыми и надежными при проектировании модельных ракет. Его целесообразно применять для запусков демонстрационных ракет при допустимой погрешности расцентровки 15 % и более. Аналитические методы целесообразны для проектирования спортивных моделей ракет с высокими лётными требованиями, например, для международных соревнований. Заключение. Предлагаемая в работе методика обеспечения статической устойчивости модельной ракеты позволяет упростить процесс проектирования как демонстрационных, так и спортивных моделей ракет для проведения надежных показательных запусков.