In Nederlands No English
Home page Organizational Structure Launches Projects Rocket motors Pictures NERO History Join NERO Definitions Safety Research Links Sitemap Search
NERO Projecten H11 raket H11c vlucht
Logo  

Verslag H11c raketvlucht



Inhoud
1 Inleiding
2 RDAS
3 Doppler
4 Resumť

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.



 

1.

 

Inleiding [Top] [Inhoud]


De lanceerdag die voor 24 september gepland was moest op het laatste moment worden afgelast wegens voorspelling van zeer slecht weer. Gelukkig bleek het mogelijk op termijn van een maand een back-up lanceerdag te houden op het ASK. En dus maakte de H11ceen maand later, op 22 oktober 2004, onder ideale weersomstandigheden zijn derde geslaagde vlucht in een jaar. De configuratie was gelijk aan die van de H11b die eerder die zomer in Bertrix had gevlogen. Een verschil met de vorige vluchten was de aanwezigheid van de AWBM Doppler radar die een schat aan meetgegevens over de vlucht opleverde. Dit bood interessant vergelijkingsmateriaal met de data uit de RDAS.


 

2.

 

Gegevens uit de RDAS [Top] [Inhoud]


Deze gegevens werden aangeleverd in een print-out . De print-out (pagina's met rijen getallen) zijn door John Koster met een speciaal computerprogramma ingescand en omgezet in elektronische vorm, en daardoor werd het mogelijk ze te bewerken met een Excel spreadsheet. Radardata zijn beschik-baar van de eerste 7 seconden van de vlucht, en omdat het even duurt voordat het systeem gelocked is op de raket kan de de tijd-as een fractie van een seconde verschoven zijn ten opzichte van die van de RDAS metingen. De operators van de radar gaven aan dat de metingen een nauwkeurigheid van 0,1% hebben.
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 luchtweerstandcoŽfficiŽnt 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.

Figuur 1 - Drukhoogte versus tijd

In figuur 1 wordt de druk-hoogte als functie van tijd gepresenteerd. Hieruit halen we de belangrijkste gegevens over het vluchtprofiel. De bereikte hoogte was 1433 meter na 17 seconden, en dit was ook precies het moment waarop het luik werd uitgeworpen. De daalsnelheid aan de loodsparachute bedroeg 28,7 m/s. De hoofdparachute werd uitgeworpen op een hoogte van 191 meter (geprogrammeerd was 200 meter barometrisch), en de daalsnelheid aan de hoofdparachute was 11,6 m/s. De totale vluchttijd was ongeveer 76 seconden.

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.


Figuur 2 Stuwkracht (gereconstrueerd)

Het resultaat is te zien in figuur 2. De specifieke impuls van de motor bedroeg 121,9 sec, in overeenstemming met de gevonden waarde tijdens de vorige vlucht. De maximale snelheid bedroeg 191,3 m/s, dat is een stuk lager dan de 198 m/s van de H11B maar dat kan verklaard worden uit het gegeven dat de H11B in de Ardennen op een hoogte van 500 meter werd gelanceerd. De luchtweerstandcoŽfficiŽnt was 0,40 en dat is significant lager dan de 0,43 die tijdens de vlucht van H11B was gevonden.


 

3.

 

Gegevens uit de Doppler radar [Top] [Inhoud]


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%.


Figuur 3 Versnellingsmeting gegevens (RDAS en radar), samen met SNR indicatie

Versnelling

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 coŲrdinatenstelsel, 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)


Figuur 4 - Projectie op de grond van de baan.

In figuur 4 is de projectie van de baan op het horizontale vlak (de grond) weergegeven. Te zien valt dat de raket na het opstijgen naar opzij afbuigt en later weer terug. De wind (snelheid 7,6 m/s) kwam uit het zuidwesten (225o), dat is in lijn met het azimut van de toren (45o). De zijdelingse afwijking van de baan kan dus niet verklaard worden uit om de wind klimmen.

Figuur 5 Inclinatie van de baan

Figuur 5 geeft de hellingshoek van de baan (raakvector t.o.v. horizontaal). Deze helling bedraagt ongeveer 71o. Dit is minder dan de elevatie van de lanceertoren (85o). Uit dit plaatje is duidelijk dat er na 10 seconden dingen gebeuren die niet kloppen: het is niet aannemelijk dat de raketbaan achterover helt.
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

Figuur 7 - Projectie snelheden in het horizontale vlak

Zo geeft de radar zeer nuttige aanvullende informatie over de bewegingen die de raket maakte tijdens de vlucht. Als de snelheid van de raket te laag wordt zakt de SNR tot onder de 20 dB en is de informatie niet meer bruikbaar voor analyse.


 

4.

 

Belangrijkste gegevens uit de vluchtanalyse [Top] [Inhoud]


 


Top Inhoud