NERO projecten - H11b vlucht

NERO

Projecten

H11 raket

H11b vlucht

Verslag H11b raketvlucht in Bertix

	Inhoud
1	Inleiding
2	Vlucht
3	Analyse

Mijn eerste internationale lanceercampagne vond plaats in het Belgische Bertrix, een militair vliegveld in het zuiden van België, vlak bij de grens met Luxemburg. De lanceercampagne was georganiseerd door de Vlaamse Raket Organisatie (VRO) in samenwerking met European Space Center (ESC). De H11b zou hier zijn tweede vlucht maken. Het ESC lag ongeveer 28 km van de lanceerplek af en diende tevens als (gratis) slaapplaats. Zelf had ik een zevenpersoonskamer waar ik heerlijk in mijn eentje in lag.

Inleiding [Top] [Inhoud]

De redenen om de H-11 wederom te vliegen waren:

Thrust motor wederom in vlucht testen
Nieuw parachuteringssysteem testen

De H11b heeft op de Belgische lanceercampagne in Bertrix afgelopen 18 juli 2004 zijn tweede vlucht gemaakt. Deze vlucht vond plaats in de Ardennen vanaf een hoogte van ruim 450 meter boven zeeniveau. Een goede gelegenheid om de prestatie van de raketmotor in de ijlere lucht te vergelijken met die op de NERO lanceerdag een maand daarvoor. Overigens vloog de raket met een iets langere grain en een parachutetrein uit het H7 project, en was daardoor iets lichter dan de H11A. De raket zou hierdoor naar verwachting ruim hoger vliegen dan bij de vorige vlucht.

De vlucht [Top] [Inhoud]

Vrijdag

Vertrokken om 13:45 uur om ruim 3 uur later en 322 km verder in het ESC aan te komen. Samen met de al aanwezigen een lekker biertje in de zon gedronken om daarna te eten en de H11b klaar te maken voor de lancering van zondag. De assemblage verliep soepel en de raket was, exclusief de motor, klaar voor gebruik. De safe/Arm test werd met succes buiten gedaan om te controleren of alle ontstekers in goede staat verkeerden. Er waren nog enige vragen over de veiligheid van de experimentele raket. Hierdoor werd door de organisatie besloten om de raket op zondag 15:00 uur te lanceren. Dit was een uur eerder dan het tijdstip waarop het publiek zou komen. Hierdoor zouden er geen “onnodige onveilige situaties” ontstaan.

Zaterdag

Na 10:00 uur ’s ochtends was het de tijd om naar het lanceerterrein te rijden. Daar aangekomen was er de tijd om de NERO lanceerrail op te zetten, samen met de andere lanceertorens/rails. De rail werd opgezet door drie personen en stond binnen een uur. De VRO miste een belangrijk onderdeel voor hun toren maar konden na een korte pit-stop in een metaalwinkel ook hun toren opzetten. De GEA had verreweg het snelst hun toren opgezet.

Jan Volckaert stelde zijn H₂O₂/kerosine motor op. Deze werd rond 17:00 getest. De eerste keer kwam de motor niet op temperatuur en de test werd afgebroken. De tweede keer was er echter een snelle ongecontroleerde demontage van zijn motor.

Rond 18:00 barstte een storm los en maakten flinke onweersbuien een einde aan de lanceerdag.

Na de laatste foto’s gemaakt te hebben van de parachute lay-out van de H11b werd het tijd om naar een plaatselijke kroeg te gaan.

Zondag

Omdat er zondagochtend niks op de planning stond was het dus heerlijk uitslapen na de biertjes van de avond ervoor. De H-11 werd om 13:30 ingeladen om 14:00 op het lanceerterrein aan te komen.

Op het lanceerterrein werd door de organisatie besloten om de NERO lanceertoren bij te stellen en deze parallel aan de landingsbaan te stellen. De hoek werd volgens de “beproefde Franse methode” op 83° gezet.

Bij het assembleren van de motor bleek dat Jurriaan (ik) de main-grain op 235 mm i.p.v. 230 mm had afgezaagd. Door het slaan op het neusdeksel was er, op de plek waar een afstandhouder voor de main-grain zat, een stukje van de main-grain afgebroken. Verwijderen van de afstandhouders zorgde ervoor dat het blok toch paste. De beschadiging van de main-grain zou geen invloed op de stuwkracht hebben daar de oppervlakte van de main-grain niet in grote mate toe- of afnam. De Thrust-motor is met het vrije brandoppervlak dus een erg vergevende motor, zelfs waar grove fouten worden gemaakt.

Omdat de organisatie had besloten dat deze onbekende raket te experimenteel was, werd de H11b dus om iets over 15:30 gelanceerd. Het weer was wonderbaarlijk genoeg opgeklaard en na een “picture perfect flight” landde de H11b precies aan het einde van de landingsbaan in het struikgewas. De raket leek op het eerste gezicht geheel onbeschadigd. De H11b was met een perfecte parachutering in een mierenhoopje geland. De RDAS piepte geruststellend 4778 ft uit;1595.67 meter. Bertrix ligt echter op 450 meter hoogte en analyse van de RDAS data zal uitwijzen wat nu de daadwerkelijke behaalde hoogte is

Analyse van de RDAS gegevens [Top] [Inhoud]

Vluchtbaan reconstructie

De gegevens van de druksensor en de accelerometer uit de RDAS moeten eerst worden geconverteerd naar fysische drukveranderingen en versnellingen. De drukveranderingen worden daarna omgerekend naar hoogteveranderingen met behulp van een atmosfeermodel, een aangepaste Standaard Atmosfeer die begint op 461 meter boven zeeniveau. Daarbij wordt rekening gehouden met de werkelijke temperatuur op de grond en de afname van de temperatuur met de hoogte. Het resultaat is te zien in figuur 1, de drukhoogte. Hieruit worden belangrijke gegevens verkregen over het vluchtprofiel. De bereikte hoogte (ten opzichte van de lanceerhoogte) bedroeg 1485 meter op 16,9 seconden na lift-off. De loodsparachute werd uitgeworpen op 17,92 sec, dus ruim een seconde na het passeren van het hoogste punt. De gemiddelde daalsnelheid aan de loodsparachute bedroeg 27,1 m/s. Op 470 meter werd na 55 seconden (op de back-up timer) de hoofdparachute uitgeworpen. De daalsnelheid aan de hoofdparachute bedroeg 11,8 m/s. De landing vond plaats op 94,8 sec na lift-off.

Motorprestatie

De prestaties van de motor kunnen worden afgeleid met de gegevens van de versnellingsmeter. Door integratie kan de snelheid en de hoogte van de raket in de eerste seconden van de vlucht worden bepaald. Aangezien direct na het uitbranden van de motor de vertraging alleen afhangt van de luchtwrijving, kan uit het versnellingsmeter signaal de Cd (drag-)coëfficiënt worden berekend. Volgens een iteratieve procedure die al beschreven is in het vorige NERO Bulletin kan nu het versnellingsmetersignaal worden omgerekend naar stuwkracht als functie van tijd. En hieruit volgt eenvoudig de totale impuls en de specifieke impuls van de motor. De totale impuls bedroeg 1868 Ns en dat is bijna 2,2% hoger dan bij de vlucht van de H11a. Het verschil zit in de grain die ten onrechte 5mm te lang was maar desondanks toch heeft gevlogen. Voor de specifieke impuls is gevonden 122 sec, en dit is vrij nauwkeurig hetzelfde als bij de vlucht van de H11A. Overigens geeft de iteratieve methode geen perfect consistente resultaten, omdat:
(i) de hoogte berekend uit integratie van de accelerometer niet gelijk is aan de drukhoogte, en omdat
(ii) het atmosfeermodel een benadering is.
Discrepanties zijn van de orde 0,2%. Daar bovenop komt nog de onnauwkeurigheid van de sensors, de meteodata en de massametingen van raket en stuwstof.

H11b drukhoogte

Het stuwkrachtdiagram wordt getoond in figuur 2. Het is interessant om dit te vergelijken met de voorspelling op basis van de spreadsheet van Richard Nakka, zie figuur 3. De waarden die in de spreadsheet worden ingevoerd kunnen zodanig veranderd worden dat de totale stuwstofmassa en impuls kloppen, daarna volgt een voorspelling van de stuwkracht. Het model van Nakka voorspelt ogenschijnlijk een wat korte brandtijd dan wat voor de H11b is gevonden, een deel van het verschil zit in de opbouw van de stuwkracht. De voorspelde piek stuwkracht en het verloop kloppen echter zeer goed.

Een overzicht van de gegevens en resultaten van de vlucht staat in tabel 4.

H11b gereconstrueerde stuwkracht

Spreadsheet van Richard Nakka met voorspelling H11b motorprestatie

H11b belangrijkste gegevens uit de vluchtreconstructie