Rocket Stability





จาก http://www.azstarnet.com/~elb/rockets/basics.html

สำหรับ Weathervane Model เนื่องจากด้านท้ายของจรวด (ที่มี fin) จะมีขนาดใหญ่กว่าด้านหัวของจรวด ลมที่พัด จะทำให้เกิดแรงผลักด้านท้ายจรวด มากกว่าด้านหัวจรวด
ดังนั้น เมื่อมีลมพัด จรวดจะหันหัวเข้าหาทางลม
แกนที่จรวดเปลี่ยนทิศทาง จะอยู่ตรงกับ 'จุดศูนย์กลางมวล' (Center of Gravity) ของจรวด

ส่วนจุดที่แรงลมรวมเป็นศูนย์ เรียกว่า 'จุดศูนย์กลางแรงดัน' (Center of Pressure) ของจรวด

ระลึกไว้ว่า โมเดลที่กล่าวถึงนี้ พูดเฉพาะแรงลมในแนวระนาบเดียวเท่านั้น อันที่จริงแล้ว อาจมีลมพัดมาหลายๆ ทิศทาง พร้อมๆ กันก็ได้
วิธีการหา จุดศูนย์กลางแรงดัน (Center of Pressure : CP) ของจรวด

ขั้นที่ 1 : ตัดรูป profile ของจรวด จากกระดาษแข็ง ไม่จำเป็นต้องให้มีขนาดเท่ากับจรวด แต่ต้องมีสัดส่วนที่ถูกต้อง

ขั้นที่ 2 : balance กระดาษที่ตัด บนขอบของไม้บรรทัด จุดที่กระดาษทรงตัวได้บนขอบไม้บรรทัด คือจุดศูนย์กลางแรงดันของจรวด
วิธีการหา จุดศูนย์กลางมวล ของจรวด (Center of Gravity : CG)

ให้ใช้เชือกผูกจรวด แล้วปล่อยให้ปล่อยห้อยอย่างอิสระ จุดที่จรวดอยู่ในสมดุลย์ คือจุดศูนย์กลางมวล ของจรวด

จุดศูนย์กลางมวล ของจรวด จะอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางแรงดัน ประมาณ เส้นผ่าศูนย์กลางของจรวด หรือมากกว่า

CG เป็นจุดที่จรวดจะหมุนรอบ คล้ายกับแกนของที่วัดทิศทางลม ส่วน CP เป็นตำแหน่งที่แรงลม กระทำต่อจรวด

จรวดจะมีความมั่นคงในการบิน เมื่อ CG อยู่หน้า CP

เนื่องจากการทดสอบในหน้านี้ เป็นการทดสอบกับจรวดติดมอเตอร์ จึงสามารถทดสอบการเหวี่ยงได้ค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม ถึงแม้จะไม่มีมอเตอร์ แต่ก็น่าจะสามารถ ปรับมาใช้กับจรวดน้ำได้

การทดสอบเหวี่ยง : ให้ผูกเชือกให้ตรงกับ CG ของจรวด แล้วเหวี่ยงจรวดไปรอบๆ ผลที่ออกมา จะมี 3 แบบด้วยกัน

แบบที่ 1 : หัวจรวดอยู่ด้านเดียวกันกับทิศทางการเหวี่ยง อาจมีการส่ายบ้างเล็กน้อย แสดงถึงจรวดที่มีความมั่นคงในการบิน
แบบที่ 2 : หางจรวด อยู่ด้านเดียวกับทิศทางการเหวี่ยง แสดงว่า CP อยู่ด้านหน้าของ CG อาการนี้ เกิดกับจรวดที่ ท้ายหนัก ทำให้ CG อยู่ค่อนไปทางด้านท้าย และอาจเกิดได้กับจรวดที่มีน้ำหนักเบา
แบบที่ 3 : จรวดหมุน หรือแกว่งไปมา แสดงว่าจรวดไม่มีความมั่นคง แสดงว่า CG อยู่ใกล้กับ CP มากเกินไป ให้ลองแก้โดยการเพิ่มน้ำหนักส่วนหัวจรวดอีกเล็กน้อย
การทำให้จรวดมี stability ที่ดีนั้น ต้องทำจรวดให้สามารถใช้แรงดันอากาศ ในการเสริมความมั่นคงของตัวเองในขณะที่บิน เมื่อจรวดเคลื่อนที่ฝ่าอากาศ ลมที่วิ่งสวน จะคอยผลัก fin ท้ายจรวด ทำให้ CP อยู่หลัง CG ของจรวดเสมอ

เนื่องจาก จรวดที่มี stability ที่ดีนั้น CP จะอยู่หลัง CG ตลอดเวลา ดังนั้น จรวดที่มี CG อยู่ค่อนไปทางท้ายจรวด และมี CP อยู่ด้านหน้าของ CG จะบิน โดยเอาด้านท้ายไปก่อนเสมอ

วิธีแก้ไข
  • เพิ่มขนาดของ fin จะทำให้ CP เลื่อนถอยไปด้านหลัง
  • เพิ่มน้ำหนักด้านหัวจรวด จะทำให้ CG เลื่อนขึ้นไปด้านหน้า
  • เพิ่มความยาวของตัวจรวด ทำให้ CG เลื่อนขึ้นไปด้านหน้า

One-Calibre Stability คือการที่จรวด มี CG อยู่ห่างจาก CP เป็นระยะ 1 หรือ 2 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางของจรวด จรวดส่วนใหญ่ ที่บินดี จะมีค่าความห่างของ CG และ CP อยู่ในช่วงนี้




คำถาม? ข้อคิดเห็น! ข้อเสนอแนะ . . . ติดต่อกับเราได้ครับ
Fun Science | Water Rocket | กลับขึ้นข้างบน