Protivgradne rakete kao alternativna artiljerija

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Blagodarim na vremenu i svim informacijama. Vrlo korisno i zanimljivo !
Suma sumarum, za čisto amatersko promatranje postoje tri formule:

▪Masa goriva (kg) = Volumen goriva (m^3) x Specifična težina goriva (kg/m^3)
▪Potisak (N) = Masa goriva (kg) x Specifični impuls goriva (Ns/kg) / Vrijeme (s)
▪Potisak (N) = Površina presjeka mlaznice (m^2) x Tlak u komori (N/m^2) x Specifični potisak Cf

Ona gravitacija 9,81 u vašoj formuli mi se nekako neuklapa. Ako može još samo kratko pojašnjenje o tome.

I znači kad se izjednače ove dvije formule za potisak, igrom brojeva se može čačkati i vrtiti do mile volje.

E sad, zašto vrijednosti koje sam navodio znatno odstupaju od teorije, na vrijednosti potiska mislim. Naravno odgovor vjerovatno leži u načinu kako je to sve ofrlje rađeno, sa odstupanjima, netočnostima, tolerancijama, kako rekošte progledavanjem kroz prste.

U potpunosti se slažem, puno je lakše mjeriti tlak u komori pa onda doći do potiska nego obrnuto. Ali i dalje siguran da su podaci koje imam vrijednosti potiska, naravno koji se moraju uzeti sa debelom rezervom jer pristroj na kojem je mjereno je bio podosta priprost, nešto kao ovo:

• 4Ovo se svidja korisnicima: Drug pukovnik, Gargantua, voja64, ray ban11
  
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Primjetio si da koristim jedan totalno divlji i ne koherentan sustav mjera jednostavno zato što su sve te tablice i nomogrami rađeni u vrijeme kad je bio na snazi stari sustav mjera i jedinica , prešutno smo mi svi nastavili raditi u sustavu da je sila izražena u Kp da je tlak u Kp/cm2 i da je Cf kao bezdimenzionalni broj uzet iz tablica , i onda na kraju to sve pomnožimo sa gravitacijom da bi kiloponde pretvorili u N

U tvom, odnosno službenom, sustavu mjera bi trebalo pisati

F ( N ) = O,ooo176 m2x12000000N/m2x1,64= 3643 Nutna





Tu su izračunate vrijednosti Cf za razne molekularne mase dimnih plinova i za razne tlakove koji vladaju u komori motora . Za dvobazne se barute može uzeti da je omjer specifilnih toplina k = 1,25 pa se onda gleda tablica za k= 1,25 i nađeš koji je Cf za konkretni tlak. u drugoj je koloni omjer Ae / At to je isto izračunato koliko se mora mlaznica širiti iza kritičnog otvora , da bi bila ekspanzija potpuna , jer jedinio tada vrijedi Cf , ako ekspanzija nije do kraja nego se prekida ranije onda iza motora bude plin pod pritiskom koji bi mogao još davati potiska, ali ne daje.

Probni stol za mjerenje potiska obično izgleda ovako


Ostavlja se slobodno mlazu motora da divlja vani i da dimi van bunkera , po tvojij bi shemi spalio i senzor i sve te nosače , a kad grune onda kud koji .

Senzori potiska kvalitetni su reda 5-10 tisuća eura , ako motor grune on je sigurno mrtav , dok senzor tlaka možeš dobiti već za 100 eura i može se dobro zaštiti ako motor grune obično senzor preživi.

Na slici je specifičan probni stol koji dovede motor ( veliČine ORKANA ) do rotacije od par hiljada okretaja u minuti , a onda se upali motor , u ovom slučaju je senzor u drugoj prostoriji odvojen betonskim zidom i pancir pločom od bunkera sa motorom.

Ako sada izjednačiš one dvije formule za potisak onu koja definira potisak preko promjera mlaznice , i onu koja definira potisak preko mase goriva , dobio si uvjete ravnoteže u motoru .

Znači masa goriva koje izgori u sekundi ili nekoj manjoj jedinici mora biti jednaka masi goriva koje kao plin izađe kroz mlaznicu .

Konkretno u tvom slučaju... ako stvar gledamo u stacionarnom stanju ( pustimo da pripala odradi svoje i da motor izađe na režim ) bi u jednoj desetinki sekunde rada motora kod 120 atmosfera i mlaznice od 15 mm ( Cf = 1,63 ) trebalo izgorit goriva koje je definirano potiskom i apecifićnim impulsom goriva.

Probaj malo sad nabaciti neku matematiku i odrediti koliki ti volumen goriva treba izgoriti u toj desetinki sekunde . pa ćemo onda vrlo brzo završiti taj preliminarni zadatak

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Mislim da nema smisla, puno je nepoznanica i podataka sumnjive valjanosti.
Mjereni potisak je upitan s obzirom na onu ''klackalicu'', tlak od 120 bara isto tako, nema podataka da je ispitivan u radu, samo u papirima navedeno da je radni 120 bara, projektni i hidro ispitni 150 bara, i test rasprskavanja (na negdje 400 bara čini mi se je pucala komora).

Jedini donekle pouzdani parametri su:
Masa goriva=1,9 kg
Vrijeme režimskog rada=1,2s
Gorivo NGR sa 2080 Ns/kg specifičnog impulsa
Geometrija mlaznice i komore

I baš od te geometrije kad se krene, meni koji se time nikada nisam bavio, tablice od jučer su naravno novina. Al ajde da predpostavim da su oni koji su je tada dizajnirali makar nešto znali. Jer omjer Ae/At je 5,3 i daje naslutiti da ako je i bio tlak od 120 bara, ekspanzija nije bila potpuna kako rekošte.
Opet ako krenem da je tlak 40 bara (pod predpostavkom da je projektant prema tom podatku dizajnirao mlaznicu) onda se računom dobije potisak od 1056 N.
F= 0,000176 x 4 000 000 x 1,5= 1056 N (108 kp)

I onda kad ovo uravnotežim sa drugom formulom dođe se do toga da se taj potisak mogao postići sa samo 0,6 kg goriva, ali iskorištenog kako treba.
m= 1056 x 1,2 / 2080 = 0,6 kg
Znači onih 1,3kg je izdimilo i zapušilo bez efekta.

Tako da, ovih par strana računanja je potvrdilo da je ova raketa ''raketla prskalica''

A sad će sigurno Aramis da nas odlansira u duboki svemir jer smo od jedne teme dobili dvije podjeljene, pa sad opet polovinu djelimo na četvrtinu

• 2Ovo se svidja korisnicima: Gargantua, ray ban11
  
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Mislim da Aramis neće napraviti polovicku od polovicke sve dok prtljamo po protugradnoj bar ovoj tvojoj iz Đure , a kad krenemo po onoj hibridnoj iz Calja .. e onda smo ga nadrapali .

Dobro si počeo , a onda sam te zbunio sa tim tlakom ekspanzije, nije nužno da on ide do kraja , često puta konstruktor mora prekinuti ekspanziju ranije , često puta kod raketa koje lete na visinama od 20 km nema smisla ekspandirati do kraja , mlaznica bi bila ko crkveno zvono.

Vučur i Drašković na Orkanu nisu ni jedan motor ekspandirali do kraja , čak onaj buster dal je imao odnos tri ??.

Kad se ekspanzija ne obavlja do kraja onda se računa stvarni Cf odnosno računa se stvarni potisak , ali za ovaj nivo rasprave treba smatrati da je ekspanzija išla do kraja i moraš poći od toga da je tlak bio 120 bara , to je ralan tlak za taj motor.

Da bih zorno prikazao koja komplikacija nastaje ako se ne ide sa ekspanzijom do kraja dajem kopletnu kobasu koju treba izračunati


Sve ono što nije tlak i površina mlaznice je Koeficijent potiska

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Hehe, kvaka je u...niste me upratili....čitava ova priča je o raketi čija je fotografija nakon podjele teme završila ovdje na protugradnim iako to nije bila, a presjek nacrt kasnije dodan na VLR malih kalibara.
To ''čudovište'' je ovo:



A stvarno pripada na obje teme jer ako se ne varam nastala je iz znanja i spoznaja o protugradnim, a kasnije isto ako se ne varam vodila prema čaplji.
Karika koja nedostaje
Kad vidite nacrt sve će vam biti jasno, i zašto sam skeptičan u bilo koji na papiru naveden podatak o njoj.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Napisano: 17 Mar 2016 19:35

Da slažem se da je to karika koja nedostaje i zato o njoj možemo slobodno pisati. Poznam tu raketu, vuče genetsko porijeklo od Mightiy Mous odnosno raketa iz Kamnika , pa preko SAKO 6 ili TG 10 do Đure i onda kao prethodnica Čaplji.

Ostanimo za sad na njenom motoru znamo masu goriva i promjer grla mlaznice ,specifični impuls i tlak u motoru , dovoljno za identifikaciju.

Mlaznica je u prvoj fazi razvoja bila od prešane plastike sa kritičnim otvorom 16 mm i izlaznim otvorom 48 mm što daje odnos preko 10 što je ok . Tako da mi nije jasno gdi si ti iskopao odnos 5,3






Dopuna: 18 Mar 2016 8:01

Za tlak 120 bara i normalni NGR sa plinovima koji imaju k= 1,25 imamo Cf =1,63 i potrebnu ekspanziju od 11,9, mlaznica sa prethodne slike to nema , ali nije problem da sa malom greškom ( ispod 5 % ) nastavimo dalje .

Sa tom mlaznicom imamo potisak F = 120 x2x1,63=393 Kp odnosno 3856 N.

Ako je raketa na startu teška 10 Kg onda sa tim potiskom imamo ubrzanje od 3856/10= 385,6 m/s odnosno 38,5 g.

Da vidimo sada što će to ubrzanje napraviti u prvoj desetinki rada motora .

Pa zakonima mehanike imamo jednoliko ubrzano gibanje koje traje 0,1 s i imamo ubrzanje od 385,6 m/s

v= a x t ... = 385,6 x 0,1 = 38,56 m/s .. vidimo da nakon prve desetinke raketa već ima brzinu podnošljivu za samostalni let .

Možemo izračunati i koliko mora biti dugačak lanser , odnosno put koji raketa pređe u toj prvoj desetinki sekunde.

S = axt2/2 .. 385,6 x 0,1 x0,1 / 2 = 1,92 m

Znači sa lanserom dugačkim cca 2 metra možemo nešto početi.

Vjerojatno nas na ovom preliminarnom stupnju zanima i koliku maksimalnu brzinu može postići ta raketa , tu nam pomaže formula Ciolkovskog .

Ciolkovski barata sa pojmom odnos masa .. to je omjer mase pune rakete ( na startu ) i prazne rakete ( kad je sve gorivo potrošeno )

U konkretnom slučaju imamo 10 kg /( 10- 1,9 ) = 1,23 što je ralativno malo ali tako je ispalo sa tom teškom komorom motora .

Ciolkovski dalje traži prirodni logaritam odnosa masa ln 1,23 = 0,207 i to množi sa brzinom mlaza barutnih plinova na kraju mlaznice, a to je u biti onaj I sp s kojim smo se upoznali na početku i koji za ovo konkretno gorivo i ovu mlaznicu iznosi 2080

V max = 0,207x 2080 =430 m/s

Ta veza između Isp i brzine isticanja proizilazi iz same definicije Isp ... koliko potiska daje kilogram goriva , i kao to sad pogledamo kroz Nevtonov treći zakon mehanike da je akcija jednaka reakciji ispada da je energija u kilogramu baruta tolika da može dati 2080 Ns , a tih 2080 Ns može masi od 1 kilograma dati brzinu od 2080 m/s, znači kilogram baruta izleti iz rakete sa tom brzinom .

https://en.wikipedia.org/wiki/Tsiolkovsky_rocket_equation


Bilo bi zgodno da možemo na brzaka i vidjeti koliko daleko bi ta raketa dobacila sa tih 430 M/s , ali to baš ne ide tako lako , donekle kao neko grubo mjerilo može poslužiti vertikalni hitac , naime tu se vrlo brzo napuštaju gusti slojevi atmosfere i za prvu aproksimaciju možemo uzeti da je maksimalna visna leta definirana kvadratom maksimalne brzine koju ima raketa podijeljena sa dvije gravitacije https://en.wikipedia.org/wiki/Trajectory

ili u konkretnom slučaju V2/ 2xg = 430x430 / 2x9,81 =9424 m.

kosi hitac ( pod kutem od 45 stupnjeva ) daje dva put veći domet od maksimalne visine ,pa bi to bilo cca 19 kilometara , a razliku do 10 km je pojeo otpor zraka .

Otpor zraka i sve vezano uz njega je poseban problem i zaista bi debelo zaglavili sa temom kad bi se u to upuštali.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Mehanički dio skroz jasan, i u svakom slučaju fino se uklapa u cijelu ovu priču.
Moram priznati da bi se trebao malo podsjetiti svih teorija kinematike i dinamike jer sve ove godine rada samo sam u statici.

Ostao sam dužan info o omjeru 5,3. Ova vaša mlaznica mi nije poznata. Na ovoj raketi je mlaznica isto od fenolita, ali dimenzije drugačije.



34,5^2 / 15^2 = 5,3

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Možeš komotno računati da je ekspanzija išla do promjera 38,1, zbog specifičnog načina montaže krila , taj cilindrični nastavak mu dođe kao produžetak mlaznice , tu je brzina skoro 1800 m/ s i mlaz protutnji preko tog čoška , a da ga ne primjeti.

A to sa statikom mi je poznato, nažalost u artiljeriji i raketnoj tehnici je sve dinamika , i sad si moš mislit kako je bilo"lako" pratiti Bobu Jankovića koji je nakon magisterija iz matematike to primijenio u aerodinamici i vanjskoj balistici, ma nama motorašima je bila banja spram onih iz vanjske balistike.

Ostalo je da još u grubo odredimo volumen goriva koje mora izgoriti u jedinici vremena , odnosno u prvoj desetinki rada motora , iz toga dobijamo potrebnu površinu izgaranja goriva , ako pretpostavimo da je brzina izgaranja 15 mm / s.

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Ajd probat ću ja...s tim da predpostavljam da je ovih 15mm/s u stvari 15 mm u desetinki sekunde.

Mislim da se masa goriva u toj desetinki sekunde može dobiti iz:
m = F x t / Isp = 3856 x 0,1 / 2080 = 0,185 kg

Pa je volumen V = m / gustoća = 0,185 / 1,6x10-6 = 115 625 mm3 (0,115 litara)
Ako gorivo izgara 15 mm u desetinki sekunde, onda je potrebna površina izgaranja 7708 mm2.
I još ako se iz površine izbaci ona zvijezda srednjeg promjera 25mm, dođe se do nekih 102mm promjera šipke goriva.
Što je zamalo duplo od onog kako je, pa sumnjam da je ovaj moj račun ispravan

• 2Ovo se svidja korisnicima: Drug pukovnik, voja64
  
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

Ja rekoh 15 mm / s , a to da bi barut gorio 150 mm / s kod 100 bara zaboravi, ali bi bilo jako lijepo kad bi se moglo u nekoj laboratoriji ili firmi poručiti takvo raketno gorivo , nažalost male brzine izgaranja i potreba za velikim potiscima tjeraju konstruktore da se dovijaju.

O,1 sekunda je proračunski period to je jedan korak u radu motora , mogli smo uzeti i 0,01 s ili još sitniji korak ali za preliminarnu analizu je dovoljno i korak od 0,1 s.


Ima više načina kako osigurati taj priliv goriva od 185 g u 0,1 sekundi odnosno volumen goriva od 115,6 cm 3 u o,1 s.

Odredimo prvo koja bi to površina izgaranja trebala trebala biti , ako znamo da će u o,1 sekundi plameni front proći o,15 cm dobijemo Ab=115,6/0,15 =770,6 cm2.

Znači oblik goriva mora biti takav da kad se zapale sve slobodne površine njihova suma mora biti 770,6 cm2.

Možemo zamisliti jedan cilindrični blok goriva koji gori puput cigarete ispada da nam treba promjer od 31 cm , znači taj oblik otpada .

Možemo zamisliti jednu debelozidnu cijev koja je izolirana sa svih strana osim u rupi i ako znamo kolika je dužina te cijevi lako izračunamo koliki mora biti promjer te rupe .

Ako je raspoloživa dužina za smještaj goriva 450 mm , a mislim da smo na početku to definirali iz geometrije motora lako dođemo do potrebnog opsega rupe u gorivu .

770,8 / 45 = 17,1 cm , a iz toga 17,1/ 3,14 = 5,45 cm .

Po ovome kako smo sad izračunali ispada da u našem motoru baš i nema puno goriva , ako je rupa promjera 54,5 mm , a vanjski promjer goriva je 60mm ispada da taj motor ima samo 2,75 mm goriva , znači niti dva proračunska perioda od 0,1 sekunde .

Na prvi pogled smo se zeznuli ... ali nismo , mi smo sada izračunali trenutak kad zvijezda gubi svoje krakove i prelazi u cijev , daljnjim izgaranjem ta cijev povećava promjer , znači povećava se i površina izgaranja , i ako je vanjski inhibirani promjer goriva 60 mm površina raste do 850 cm2, ako je promjer goriva 65 mm površina raste do 918 cm2.

Porast površine izgaranja u završnim fazama zvijezde dovodi do porasta tlaka u motoru i porasta potiska , ali budući se to sve događa u trenutku kad je mlaznica već dobrano zagrijana dolazi do njene erozije , i širenja kritičnog otvora , tako da taj porast tlaka nije tako drastičan .

Da vidimo što se događa sa tim našim motorom ako bi šupljina u bloku goriva bila cilindrična bez krakova zvijezde.

Uzmimo da je ta šupljina promjera 32 mm , njen je opseg 10 cm što kod dužine bloka goriva daje .. 3,2x3,14x45=452 cm2 površine izgaranja ...što je skoro dva put manje od prethodnog proračuna ,to daje dva put manji priliv goriva , znači tlak mora padati i potisak naravno , samim tim pada ubrzanje i brzina na kraju lansera , a to ne želimo .

Namjerno sam odabrao promjer 32 mm to je zapravo 1,25 Inch i to je vanjski promjer krakova zvijezde kod motora od FFAR 2,75 i protugradnih raketa . Razlika površine izgaranja od 450 cm2 do onih izračunatih 760 cm 2 se mora namiriti iz površine krakova zvijezde .

Proračun oblika i faza izgaranja goriva je jedan od najvažnijih početnih parametara kod preliminarne studije motora , on dolazi od taktičke namjene rakete odnosno njih postavlja aerodinamićar ili vanjski balistićar i neki tipični primjeri oblika i promjene površine izgaranja vidimo na slici


Ako je zadatak jednostavan bez zahtjeva za velikim startnim potiskom onda je stvar jednostavna odabire se zvijezda , ili cijev koja gori sa svih strana kao na Gradu ili Uraganu , osim ako su dimnezije goriva prevelike i van tehnoloških mogućnosti industrije onda se pribjegava varijanti Rod ond Tube rješenja koje je primijenio general Vučurović na Orkanu .