Уважаемые друзья, привожу материал, который предоставил и попросил меня выложить на нашем форуме А. Митюрёв.
Информация, размышления о моделях класса S2P.
Коллеги, друзья. Пока на форуме нашем не выделен специальный раздел под класс моделей S2P, вот я и привожу свои размышления о возможной концепции модели здесь. Впрочем, как и нет (пока нет) данной категории моделей и среди официальных чемпионатных классов. Но предполагаю, данный класс скоро будет введен в сетку чемпионатов. Модели S2P уже демонстрировались на последнем ЧМ-2014 в Болгарии американскими моделистами. Планируются ими же демонстративные полеты таких моделей и на ЧМ-2016 во Львове. И похоже, что введение S2P - просто дело времени.
Не смотря на кажущуюся простоту для постройки и запуска во время соревнований, на самом деле данный класс моделей как никакой другой требует (опять же для стабильно успешных выступлений) - сочетания собственно конструячения (постройки) и применения мат апрарата / привлечения софта по определению ЛТХ и достигаемой высоты полета с последующей (после проведения летных испытаний) корректировкой и пр.
Американцы в этом классе уже поднаторели достаточно - каждый год а США проводятся национальные соревнования по моделям очень схожим по требованиям, предъявляемым к S2P, называемые "Team America Rocket Challenge" (TARC), пусть и среди школьников, НО! собираемые по числу участников куда больше, чем по всем другим категориям (февским и даже - нефаевским) вместе взятым. Более того, данные соревнования являются и самыми масштабными соревнованиями по ракетному моделизму в мире.! В 2015 году в очной части этих общенациональных соревнований США приняло участие 100 команд из различных штатов, с общим числом участников 540 (!), которым предшествовала стадия заочных (на местах) квалификационных полетов, в которых первоначально было зарегистрировано 695 команд из 48 штатов. И по итогам этих квалификационных и выбирается лучшая сотня для финальной очной встречи.
Для справки:
- каждая команда представляла к полетам одну модель и может состять из нескольких (как я понял 4-9 или около того) членов;
- каждый год технич. требования к моделям для TARC несколько меняются для того, чтобы каждый год принявшие в соревнованиях команды возвращались к циклу проектирования-конструирования-постройки моделей, и не использовали модели предыдущего года.
Технич. требования к моделям в 2015:
- Модель должна заключать в себя сырое куриное яйцо (целостность которого после посадки является имитацией непревышения допустимого уровня перегрузок при посадке и является обязательным условием зачетного полёта);
- Начальная стартовая масса: не более 650 г;
- Суммарный импульс двигателя: не более 80 N*сек;
- Минимальная длина модели: 650 мм;
- При возвращении модель должна разделяться на 2 части, при этом часть содержащая яйцо и измеряющий высоту альтиметр должны спускаться на одном/единственном парашюте.
Определение результата:
- Соревнования проводятся на точность достижения наперед заданной высоты 800 футов (243.8 м) и на точность времени полета (46-48 сек), отсчитываемого от взлета до посадки на землю блока с альтиметром и яйцом. За отклонения достигнутой высоты на каждый фут (0.305 м) и каждую секунду полёта от заданных величин начисляется 1 очко.
При этом во втором полете контрольная высота полёта уменьшалась на 25 футов, а контрольное время - на 1 секунду
- Окончательный результат складывается из очков, полученных за 2 успешных полета. Наименьшая сумма баллов выявляет победителя.
В этом году победитель TARC - команда Школы из Русселвила (шт. Алабама) в двух полётах набрала всего 16.16 штрафных баллов (12.0 и 4.16 баллов за 1-й и 2-й полёт соотв.), в 2 раза меньше штрафных баллов чем команда, занявшая 2-е место (33.52 балла).
Команда-победитель получила не только неплохой денежный приз в размере $20,000 но и право представлять США на международной встрече-соревнованиях, проводившейся в июне 2015 во время Аэрошоу в Париже, где также были представлены команды Франции и Великобритании, представлявшиеся также командами-победителями схожих с TARC США национальными соревнованиями. Команда американских школьников из Русселвила и там оказалась победительницей.
Помимо денежных призов за занятые места на TARC в первой десятке, были учреждены и нашли своих обладателей специальные призы за:
- лучшее мастерство;
- лучший творческий подход
- лучшую информационно-разъяснительную деательность
- лучшие костюмы команды
- лучшее мастерство в изготовлении ракеты
- дух TARCа
- лучший общий дизайн полёта
- лучшие презентации.
А вот тут то и интересно в плане подхода / концепции модели для хорошего результата .... В номинации “За лучший общий дизайн полёта” отмечаются работы за наиболее технически сложный и передовой подход к управлению полётными характеристиками модели. И каждый год несколько команд демонстрировали интереснейшие автономные бортовые системы управления. На прошедших соревнованиях победитель в этой номинации, команда школьников AIAA из графства Оранж (Калифорния) использовала на модели бортовой компьютер, подсоединенный к дополнительному альтиметру для постоянного измерения текущей высоты, и вычисляющий скорость полёта, и прогнозирующий на этой основе достигаемую апогейную высоту и затем выдающий сигнал на исполнительные органы управления - тормозные щитки для выхода на заданную высоту апогея, а далее на этапе спуска (компьютер этот) подавал сигнал на рычаг управления рифованием купола парашюта для реализации необходимой скорости спуска и обеспечения заданного времени полёта (спуска).
Как мне показалось, если брать отсюда подход к модели для S2P, схема с управлением а/д сопротивления на этапе взлёта, реализованная таким образом, несколько усложненная (достижение этой цели - выход модели на заданную высоту можно выполнить куда проще, а значит и надёжнее - о чём несколько ниже), хотя в данном случае и боле гибкая по отношению к разбросау характеристик применяемых двигателей, ЛТХ модели (в том числе и её а/д характеристик), отклонений погодных условий и т.д.
Но вот управление геометрией/аэродинамическим сопротивлением парашюта - это именно то (и именно таким образом), что и нужно делать для постоянства в достигаемых результатов в выходе на заданное время полёта.
Реализация в модели выхода на заданную высоту (Hзад):
Здесь - достаточно очевидное решение: раскрытие системы спасения (парашюта) по достижении на заданную высоту по команде, поданной с доп. альтиметра, конечно, с учётом гистерезиса/задержек на исполнение. НО! Тут не совсем всё просто, как первоначальноо кажется. Во-первых, модель должна долететь на заданную высоту (и если не залетит то открытие должно осуществиться в апогее траектории). Но и вводить в действие парашют на достаточно большой скорости (если апогей траектории намного превышает бесштрафную/заданную высоту Hзад) - сами знаете - не есть хорошо. А поэтому необходимо провести некоторые исследования / уточнения, “загнав” характеристики модели в более определённые и узкие рамки - так, чтобы высота полёта модели была несколько (но не на много) заведомо выше установленной к достижению правилами значению высоты Hзад, чтобы поле допусков в разбросе характеристик двигателей (прежде всего по суммарному импульсу), погодных условий (прежде всего: скорости ветра, приняв ко вниманию, что если скорость на уровне земли можно померить и внести какие-то корректировки в модель, то вот профиль скорости бокового ветра никак не измеришь для каждого конкретного полёта; и плотность воздуха) соответствовали в нижних значениях собственно значению установленной к достижению высоты Hзад (ну и плюс какая-то дельта Hdelta на неопределённость/незнание каких-то факторов, могущих уменьшить высоту полёта).
Последовательность создания модели мне представляется следующим образом:
1. Прорисовка-дизайн модели:
- внутренняя - для представления о стартовой массе модели (в первом приближении). Конечно, к этому моменту должны определиться (опять же в первом приближении) используемый тип двигателя с его характеристиками (Массой, суиммарным импул;ьсом, диаграммой Тяга-Время) и используемые альтиметры;
- внешняя - для последующего определения коэфф. а/д сопротивления.
2. Матем. моделирование - расчёт высоты полёта на основании предварит. данных пункта 1, пользуясь тем или иным методом / софтом или уже имеющимся у вас / ваших коллег или коммерчески доступном, к примеру RockSim.
3. Корректировка дизайна для того чтобы модель не “залетала” (в ваших расчетах) слишком высоко (предполагаю, что скорее всего так и будет - нужно будет не уменьшать высоту (приближая к установленной правилами Hзад), а именно уменьшать) одним или неск. способами (ухудшением Cx (увелич диаметра , длины)), или увеличивая стартовую массу модели, подгружая её.
4. Постройка модели со всеми внутренностями.
5. Прогонка расчета определения высоты полёта с реально полученными:
- геометрией (а посему и уточненной характеристикой Cx = f (v полёта));
- стартовой массой.
6. Если понадобится ввести корректировку (на основе полученных данных расчета пункта 5) в дизайн модели (подгрузив её или укоротив / удлинив корпус или каким-то другим способом ухудшить/ улучшить а/д сопротивление), приблизив расчетное значение с введёнными корректировками к значению (Hзад + Hdelta).
Кстати, здесь и далее надо помнить/знать, что корректировка аэродинамикой (наиболее простым кажется изменение длины корпуса и/или (что. м.б. более эффективно) увеличением толщины стабилизаторов простым приклеиванием с обоих их сторон пластин) м.б. и более эффективным методом, но менее определённым в плане предсказания и менее точным в плане численного и вероятноностно менее достоверного в цифре эффекта влияния на достигаемую высоту, чем изменением массы модели, изменение которой (вы же знаете сколько в граммах вы прибавляете или убавляете с модели) вам известно в цифрах. И влияние этого изменения будет более жестко (более достоверно в цифрах) сказываться на изменении достигаемой высоты. Когда Вы вносите изменение в геометрию, то нужно ещё оценить сначала, а на сколько это изменение скажется на изменение сначала – Cx (да к тому же сам то Cx есть функция скорости), а уж потом - на сколько изменение в Cx скажется на Высоту. Проще говоря, определённость и достоверность влияния геометрии - меньше чем более “жесткое” и предсказуемое влияние стартовой массы на высоту полёта.
Кроме того, из общеизвестного (или малоизвестного) и из моего опыта:
- График зависимости (при заданной геометрии модели) Высота - Стартовая масса имеет некоторюй оптимум-максимум при некотором значении Моптим. Однако, предполагаю, что в классе S2P для конкретных параметров диапазонов энергетики двигателей, геометрии моделей; и достаточно больших стартовых масс (реализуемых в моделях) этот диапазон масс на графике отстоит на достаточно большое расстояние от значения Моптим, т.е. на нисходящей его ветке, и зависимость эта близка к линейной. Более того, градиент падения на теоретическом графике должен быть близок и к практическому. Отсюда достаточно легко и с достаточной точностью можно сделать корректировку в массе модели для получения Высоты полёта близкой к значению Hзад + Hdelta.
Тем не менее следует помнить, это вы можете подтвердить (и уточнить) и своими расчетами для конкретной модели, что в достаточно малом диапазоне изменения Cx модели зависимость Hпол(Cx) - достаточно близка к линейной с относительным градиентом (Hпол/Hпол)/(Cx/Cx) ≈ 0.6-0.7, т.е. на один процент УВЕЛИЧЕНИЯ Cx приходится примерно 0.6-0.7% УМЕНЬШЕНИЯ высоты полёта Hпол. Тоже соотношение, кстати, приходится и для влияние плотности воздуха на высоту полёта (Hпол/Hпол)/(возд/возд) ≈ 0.6-0.7. Обращаю на это внимание, чтобы делать поправки на разности плотности атмосферы воздуха в тестовых/тренировочных полетах и полётах на соревнованиях.
Проведение серии тестовых/тренировочных полетов с непременным ведением журнала испытаний, куда заносить данные по полетам:
- стартовая масса;
- погодные условия (скорость ветра; температура и давление (откуда орределяется плотность воздуха);
- значение высоты, заведннной в бортовой компьютер для введения в действие системы спасения;
- высота полета, зафиксированная обоими альтиметрами;
- общее время полета;
- какие то другие данные и комментарии, могущие помочь в дальнейшем для внесения корректировок.
Кооме того, особое внимание необходимо уделить "безопасности" возвращения /поиземления, т.е. целостности яйца. К примеру, на соревнованиях TARC скорость спуска превшает 5 м/сек (235 м/(47 сек - время взлёта)) и является достаточно большой. И нужно предусмотреть дополнительные меры, может быть и не только пассивные, помещая яйцо в спец контейнер умягченный bubble wrap (пупырчатым упаковочным материалом), и другими средствами. Но можно предусмотреть какие-то активные (полуактивные) способы мякгой посадки: например, с дополнительного альтиметра снимать сигнал о приближении поверхности земли и выдавать сигнал на полное раскрытие парашюта, который был до этого в неполностью раскрытом состоянии. Конечно, внеся при этом соответствующую поправку в алгоритм и реализацию требования по общему времени полёта. Или же после раскрытия парашюта по достижению высоты уже тогда выводить/раскрывать какие-то доп. смегчающие посадку средства, типа «ёжик», или наддувать мягкие подушки - пофантазируйте, пораскиньте мозгами. Решение может быть вообще очень простым, а значит и надёжным.
Конечно, всех этих исследований с расчетами высоты и применением бортовывого компьютера и дополнительного альтиметра можно и не предпринимать, но тогда это нужно как-то компенсировать (по моему мнению) значительно большей программой испытательных полётов, сведя всё к эмпирике, но это - тоже своя наука по обработке экспериментальных данных с последующей корректировкой в дизайне (и пр.). Тем не менее такой эмпирический подход - пусть и проще, но не даст систематически постоянно более точного результата, близкого к выпонению требований по высоте и времени полёта.
Ну, и конечно, ключ к успеху - многочисленные испытательные и тренировочные полёты. НО! мудрые, чтобы максимально выжимать информацию из каждого полёта. А значит непременно вести статистику, и регистрировать данные в упомянутом выше полётном журнале.
Кстати, одним из основных факторов успеха победителя TARC-2015 явились именно многочисленные - десятки испытательных и тренировочных полётов.
НО! можно чего-то из перечисленного и даже вообще ничего не делать, а играть в угадайку «а вдруг (?)». Можно “зашориться” в своей песочнице местячковыми умышлениями типа “Из-за океана видать лучше видно обстановку, и как нужно выступать…» и оставаться в хвосте иль на обочине развития человечества, технического прогресса, и нашего ракетного моделизма/спорта в частности, и более конкретно - оставаться в полнейшем неведении вообще в чём суть данного класса S2P? Анекдот мне вспоминается:
Мужик решил поступить в консерваторию. Проплатил все экзамены, остался последний, и его надо сдавать обязательно. Преподаватели подводят его к роялю, просят отвернуться, нажимают клавишу: — Угадайте.
Тот поворачивается, пристально обводит всех взглядом, затем тыкает пальцем в одного из преподов и радостно восклицает : «Ты нажал, да?»
А вот у американцев, как очевидно из представленного выше, некоторый опыт в концепции самих моделей, в поиске рациональных решений и в практике запусков в условиях соревнований имеется. Хотелось, чтобы, когда данная категория станет официальной, российские моделисты были бы хоть как-то подготовлены.
Помнится, когда категория S8 была введена как чемпионатный класс - на ЧМ-87 в Югославии Виктор Ковалев (СССР) смог выстрелить “из-за угла”, став первым официальным ЧМ в этом классе, обойдя тех же американцев, которые этот класс культивировали у себя достаточно долго, и небезуспешно. Да, конечно, Виктору сопуствовало везение, но случайным тот результат не назовёшь. Случайностей в этом классе не бывает, собственно белокостники знают это и получше меня. Но это был результат упорной, эффективной работы, и не одного Виктора Александровича, а результат КОЛЛЕКТИВНЫХ усилий. Вот так и в классе S2P, если есть желание достигать в будущем каких-то приемлемых результатов, то необходимо браться сейчас, а не дожидаться, когда класс этот введут в чемпионатный фаёвский - тогда будет уже поздно.
Да и сам этот класс моделей - интерсен очень и динамичен своей потенциальной технической сложностью, ведь не всёж с ребятней напильником и топором работать, а привлекать НАУКУ, и современные достижения в области микроэлектроники. Чем же ещё привлекать ребятню? Уж не ножовкой же. В 21-м веке поди живём.
Ну, а там - как хотите. Это уж вам решать, а то ...
А если не захотите вы, соотечественники - россияне, так кто-то из других информацией пользоваться будет - сайт то не только россияне посещают - и добро пожаловать! - и буду только рад тому!