 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Projecten H11 raket H11c
vlucht
Verslag H11c raketvlucht
|
|
De H11 is een nieuwe door Haarlem gebouwde raket, die zo ontworpen is dat hij met een payload van enige kilo's een hoogte van tussen 1 en 2 kilometer kan bereiken. Het was de bedoeling hem op 7 mei jongstleden te lanceren maar als gevolg van het slechte weer waren er problemen met de motor. Hij wilde niet ontsteken, mogelijk als gevolg van vochtigheid, maar wellicht ook doordat de motor geen membraan heeft en langzaam op druk komt. In de weken na de lanceerdag is het ontsteeksysteem verbeterd en opnieuw statisch getest, nu met membraan. Daarna is op 18 juni een low-profile extra ingelaste lanceerdag georganiseerd, en toen lukte het wel. In dit artikel worden de eerste resultaten van de vluchtanalyse gepresenteerd. |
Omdat de snelheid en vertraging direct na het uitbranden van de motor werden gemeten, en de massa van de raket op dat moment en de dichtheid van de lucht bekend zijn, kon de luchtweerstandcoëfficiënt worden bepaald. Dit is te zien in figuur 1: het product Cd.A (A = referentieoppervlak van de raket). Na delen door A volgt hieruit een Cd waarde van 0,431; dicht in de buurt ligt van wat we verwachtten. Verder was de maximale snelheid 191 m/s (zie figuur 2), wat veel hoger is dan we vooraf hadden aangenomen op basis van de statische testresultaten van de motor! De motor was uitgebrand op een hoogte van ruim 100 meter. De gemeten waarde van de versnelling tijdens het branden van de motor klopt vreemd genoeg totaal niet met de werkelijkheid, maar zodra de raket ballistisch gaat vliegen (op de luchtweerstand) is de waarde weer heel nauwkeurig.
De stuwkrachtcurve en prestatie van de Thrust-18 motor kan worden gereconstrueerd uit de gegevens van de versnellingsmeter op de wijze zoals die in eerdere Bulletins al uitvoerig is beschreven.
 |
Op korte afstand van de lanceertoren stond de Weibel Doppler radar
van de AWBM opgesteld. Dit systeem is krachtiger dan het systeem dat tijdens de tweede lanceerdag in 2004 is
gebruikt, het levert een volledig driedimensionaal beeld van de vlucht. Een mooie kans om het gedrag van de raket
te zien zoals waargenomen door een systeem op de grond, in plaats van gemeten vanuit de raket zelf. Hier moet
worden aangetekend dat er correcties nodig zijn voor versnelling: versnelling gemeten vanaf de grond ziet het
effect van de zwaartekracht, daarom is er verschil van 9,81 m/s2 ten opzichte van de meting aan boord (tenminste
zolang de raket rechtop vliegt). Verder duurt het even voordat de radar kan locken op de wegvliegende raket,
hierdoor is de tijdas van de radar verschillend van die van de RDAS. Door middel van een verschuiving wordt dat
weer rechtgetrokken, voor de grootte daarvan moet worden gematched met een door de RDAS waargenomen markant punt
van de data, in dit geval het stijl afvallen van de versnelling van de raket na het uitbranden van de motor. Uit
de registratie van de radar komt een zodanig grote hoeveelheid gegevens dat we ons voor de publicatie in het
Bulletin zullen moeten beperken tot de interessantste bevindingen.
Eindsnelheid De voorspelling luidde dat de radar de eindsnelheid van de raket zou kunnen meten met een nauwkeurigheid van ongeveer 0,1%. De waarde gevonden door integratie van de accelerometerdata uit de RDAS geeft 191,3 m/s. Dit komt werkelijk heel goed overeen met de waarneming van de radar: 191,09 m/s, een verschil van slechts 0,11%. |
In figuur 3 worden de RDAS gegevens (vaste lijn) samen met de radar data (kleine vierkantjes) getoond. Hier is goed te zien dat de radar enige tijd nodig heeft om te locken op de raket, naar schatting tot wel 0,5 seconde. In de figuur is tevens de signaal-ruisverhouding van het Doppler signaal weergegeven (SNR+100dB). Te zien is dat de radar op 0,1 seconde na lift-off "iets ziet", vervolgens duurt het een paar tienden van een seconde voordat de SNR tot een waarde boven de 20dB is gestegen. Vanaf dat moment volgt de versnellingscurve vrij nauwkeurig die van de RDAS, en levert dan ook de precieze waarde van de eindsnelheid. Gebleken is dus dat de calibratie van de RDAS accelerometer, die bij +/- 1g is uitgevoerd, ook goed is voor een waarde van 20g. De sensor is klaarblijkelijk nauwkeurig lineair.
Geometrie van de baan De data van de radar worden uitgedrukt ten opzichte van een orthogonaal coördinatenstelsel, met de radar in de oorsprong, en drie assen X, Y, Z die als volgt zijn vastgelegd: X-as = down range (ongeveer richting van het azimuth van de lanceertoren) Y-as = altitude (verticaal) Z-as = cross range (loodrecht op cross range, in het horizontale vlak)
 |
In figuur 6 is het zijaanzicht van de baan te zien. Dit plaatje
bevestigt het beeld van figuur 5 dat er iets niet klopt met de meting. Normaal gesproken hebben alle raketbanen
als gevolg van de zwaartekracht een kromming als van een parabool. Bij de vlucht van de H11clijkt de
zwaartekracht geen vat te hebben op de raket: de baan loopt rechtuit tot ongeveer een kilometer hoogte. De
bereikte hoogte van de raket is uiteindelijk veel meer dan een kilometer, namelijk 1433 meter. Te zien is dat de
radar het signaal van de raket vanaf een hoogte van 1200 meter niet meer goed interpreteert, de kromming van de
baan wordt dan negatief en dit is onmogelijk voor een door vaste vinnen gestabiliseerde raket. Dit gebeurt op
ongeveer 10 seconden na lift-off. Op hetzelfde moment neemt ook de SNR weer af tot onder de 20dB (niet getoond),
blijkbaar is dit een minimum waarde om een object goed te kunnen blijven volgen.
Enig inzicht in wat er nu eigenlijk gebeurt tijdens de vlucht en het mechanisme dat de merkwaardige rechtlijnige koers veroorzaakt wordt verkregen door de snelheden en versnellingen tegen elkaar uit te zetten. De zeer fraaie figuur 7 toont de projectie van de snelheidsvector in het horizontale vlak (Vz als functie van Vx). Na het uitbranden van de motor na 1,2 seconde volgt de snelheidsvector bijna een volledige cirkel tot ongeveer 10 seconden na lift-off. De interpretatie van dit plaatje is als volgt: de raket volgt na lift-off een bepaalde koers (richting) met een gemiddeld genomen constante snelheid van 43 m/s in het horizontale vlak. Hierop gesuperponeerd is een fluctuatie van 13 m/s die ronddraait in ongeveer 9 seconden (eerst snel dan steeds langzamer). Deze beweging is die van een schroefbeweging rond een rechte lijn. De schroefvorm en de relatief "rechte baan" van de H11ckunnen worden verklaard uit twee effecten: de schroefvorm is een effect van de uitlijning van de vinnen, de relatief rechte (en steile) baan wordt primair veroorzaakt door het om de wind klimmen. De wind kwam immers "van achteren".
|
| Figuur 7 - Projectie snelheden in het horizontale vlak | |
 |
 |