Исследовательская работа «Динамическая устойчивость в модели Ракеты»

Напомню, что есть две точки приложения сил к ракете. Первая — центр тяжести, далее ЦТ, к которой приложены тяга и гравитация, вторая — центр давления, далее ЦД, к которой приложена аэродинамическая сила Fa. Если ракета сделана качественно и нет отклонения тяги от оси, и она проходит через ЦТ, то нас не интересует тот факт, что к ЦТ приложены какие-то силы. Т.е. сила тяжести и тяга не создают моментов и нас далее не интересуют. Но нам важен тот факт, что вращение ракеты в поперечном направлении, т.е. рыскание, происходит именно относительно ЦТ.

Динамическая устойчивость моделей ракет

Ракета никогда не летит прямо, а все время поворачивается от направления полета то в одну, то в другую сторону, т.е. рыскает. На ракету набегает встречный поток воздуха, направление которого строго противоположно направлению полета. Получается, что ракета все время поворачивается боком к набегающему потоку на некоторый угол. В аэродинамике такой угол называется углом атаки. Мы уже установили, что ракета, как любое твердое тело, поворачивается относительно ЦТ, но результирующая сила давления воздуха приложена совсем к другой точке, т.е. к ЦД. Если ракета имеет симметричную форму относительно оси, то ЦД потока воздуха расположен на оси ракеты. Если ЦД расположен ближе к хвосту ракеты, то давление воздуха стремится вернуть ракету навстречу набегающему потоку, т.е. на траекторию. Ракета будет устойчива. Тут вполне допустима аналогия с флюгером. Если ракету насадить на стержень, проходящий поперек оси ракеты через ЦТ и вынести её на улицу, где сильный ветер, то устойчивая ракета повернется навстречу ветру. Из этих же соображений делается простейшая проверка ракеты на устойчивость с помощью веревки: привязываем веревку к ракете в месте расположения центра тяжести и начинаем вращать ракету вокруг себя. Если ракета при вращении ориентируется строго по направлению движения, то она аэродинамически устойчива, если ракету крутит в разные стороны или она летит хвостом вперед, то ракета неустойчива.