Stabilité : Recherche Bibliographique
Il suffit de s'ouvir vers l'Internet anglophone pour trouver pleins de doc intéressantes.
Cf documents et publications NAR (USA), UKRA (UK), ApogeeRockets & Internet.
Ci-dessous des résumés de quelques-uns de ces documents, par Léo Côme, fin 2006.
Barrowman Report, The Theoretical Prediction of the Center of Pressure **
By James S. Barrowman and Judith A. Barrowman, NARAM-8 R&D Project, 1966 August 18, available at ApogeeRockets.
Démontre par calculs, à partir d'équations aérodynamiques de base, les expressions des
- Gradient de Portance des éléments de révolution
- CPA des éléments de révolution
- Gradient de Portance des ailerons, et interférences avec le tube
- CPA des ailerons
Les formules de Barowman sont utilisées dans beaucoup de logiciels de stabilité.
The Practical Calculation of the Aerodynamic Characteristics of Slender Finned Vehicles
By James S. Barrowman, M.S. Dissertation, The Catholic University of America, March 1967
Calculating the Center of Pressure of a Model Rocket
By Jim Barrowman, in Technical Information Report - 33, Centuri Engineering Co., 1970
In Centuri TIR-33 (reprinted in the March ‘98 issue of High Power Rocketry),
Jim Barrowman outlined a method for the determination of the center of pressure (CP) of a model rocket, now known as the Barrowman Equations (BEq).
He recognized that the CP moves forward as the angle of attack (AOA) increases from zero.
Other NARAM R&D Project publication
S.F. Hoerner, “Fluid-dynamic Drag” & “Fluid-dynamic Lift”
pp 3-11,Midland Park, NJ 1965
Livres donnant la traînée et la portance de formes élémentaires (dont éléments de révolution).
Designing Stable Rockets
By ESTES
Balistic of Flying Vehicules
By Youth & Space
Calculating the Center of Pressure of a Model Rocket
By Centuri Engineering Company
Essais Aérodynamiques ONERA
Note Technique ANSTJ n°20, essais de novembre 1975, disponible sur Planete Sciences Espace.
Extraits du document : Pour chacune des configurations (3 types d'empenages, 2 finesses), il s'agissait d'étudier la stabilité longitudinale en fonction de l'incidence et du nombre de Mach (mesure de la portance et du coeffiicient du moment de tangage) ainsi qu'une estimation du coefficient de traînée. (...)
Le programme des essais a été établi dans le but de dégager les caractéristiques de stabilité statique longitudinale des engins. A la suite de cette série d'essais, on a pu trouver trois sortes de courbes : le coefficient de force axiale (traînée) en fonction du nombre de Mach, la position du foyer aérodynamique en fonction du nombre de Mach, la position du foyer aérodynamique en fonction de l'envergure de l'empenage de l'engin.
Wind Instability, What Barrowman Left Out *
By Robert Galejs, @ll.mit.edu, 1999, available at sentinel39-galejs.pdf or Apogee.
Ajoute aux équations de Barrowman une portance des éléments de révolution (tube cynlindrique notamment) dépendante du carré de l'incidence.
A une incidence de 20°, le CPA avance de 1 calibre pour une fusée moyenne, 0.5 calibre pour une fusée courte, et 10 calibres pour une fusée longue. Connaissant cela, il est possible d'adapter la marge statique nécessaire et de réduire la 'marge' de sécurité.
Wind-Caused Instability
By Bob Dahlquist, March 1998, available at ApogeeRockets.
in the March ‘98 issue of High Power Rocketry
It presents experimental results on this CP variation for four model rockets. This data shows a linear variation of CP vs. AOA. This deviation is significant even at angles less than, 10°.
Extending The Barrowman Method For Large Angle Of Attack
By Edward V. LaBudde, R&D Project, NARcon, March 1999, available at ApogeeRockets.
Méthode théorique pour mettre bout à bout les méthodes Barrowman (0°) et CutOut (90°).
Considère notamment le décrochage des ailerons et la portance des tubes cylindriques.
En déduit un angle d'instabilité dynamique, par déplacement du CPA en incidence, ...
Ne pas confondre avec d'autres méthodes dites 'extended Barrowman' !
What is CNa, RockSim Method
Apogee Newsletter #74, 2002 February 8, available at ApogeeRockets.
1) What is CNa : D'après AeroCFD (soft par élément-finis), le CNa n'est pas si constant que ça !
2) RockSim Method : Enonciation des différences avec la méthode initiale de Barowman :
- calcul intégral du CPA des ailerons de formes qques- portance des tubes cylindriques
- correction de la portance du tube en présence d'ailerons (via la portance des ailerons !)
- ailerons possibles au niveau des transitions (jupes, rétreints)
? (RockSim-Method equations : Lift of any-form fins, ...)
Apogee Tech Publication #17 & others, buyable at ApogeeRockets.
What is Static Margin
Apogee Newsletter #133, 2004 October 11, available at ApogeeRockets.
Dans le cas de fusées avec jupes et/ou rétreints, ou dans le cas de fusée particulièrement courte ou longue,
attention au choix du calibre de référence.
Conséquence sur la valeur de la Marge Statique bêtement calculée, interprétation intéligente nécessaire.
Topics in Advanced Model Rocketry
By G.K. Mandell, G.J. Caporaso, and W.P. Bengen, 631p., 1973, MIT Press, ISBN 0-262-63278-0.
Handbook of Model Rocketry
By Stine, G. Harry, John Wiley & Sons, 6th edition, ISBN 0-471-59361-3.
Fundamentals of Dynamic Stability
By G. K. Mandell
Static and Dynamic Stability Considerations ***
Summary & §6. of Launching Safely in the 21st Century, final report of the Special Commitee on Range Operation and Procedure, to the National Association of Rocketry (NAR), 2005 October 29, launchsafe.pdf.
Traductions d'extraits :
- Au niveau sécurité, 75% des vols potentiellement dangereux sont dûs à un mauvais fonctionnement du système de récupération, 20% à une instabilité en phase propulsée.
Il faut absoluement améliorer la fiablité des système de récupération. - La fusée doit être guidée par une rampe de longueur suffisante, et la fusée doit avoir une accélération initiale suffisante (Poussée/Poids > 5 soit accél > 4g), c'est à dire que :
la vitesse en sortie de rampe doit être supérieure à 4 fois la vitesse du vent, ce qui assure un angle d'attaque inférieur à 14°.
La rampe (tige, rail ou tour) doit être suffisament rigide. Placement des patins sur la fusée incluant CPA et CdG. - A 15° d'incidence, le CPA est généralement de 0.75 à 1.25 diamètres au dessus du CPA calculé par Barrowman (de 1 à 1.5 D @ 20°).
On prendra donc une marge statique minimum adéquate de l'angle d'incidence en sortie de rampe (qui dépend du vent). - Une marge statique maximum de 4 diamètres (calculé par Barrowman) évitera que la fusée s'aligne trop rapidement avec le vent.
- Pour réduire le nombre de vols instables, les clubs et les équipes opérationnelles doivent augmenter leur connaissance sur le compromis entre la marge de stabilité satique et la stabilité dynamique. Les ressources sont disponibles, mais pas assez utilisées.
- Considérant la statbilité dynamique de la fusée comme un oscillateur harmonique amorti (rotation autour du CdG), on défini les coefficient de couple C1 & C2, et d'amortissement ξ. Le temps de réponse à une perturbation estminimum pour ξ=0.7 , mais un amortissement supérieur à 0.3 diminue les performance de la fusée par augmentation de la traînée.
