close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Nexø II Flight profile

Kære læsere,

Vi er som bekendt nu blot få dage fra at Nexø II endelig skal flyve over ESD 139. Vi går nogle rigtig travle dage i møde hvor alt grej skal flyttes til Bornholm og gøres klar til mission. Det er lange og drøje dage men også vandvittig spændende når CS går i Mission Mode!

Vi har iøvrigt været i "Mission Mode" et godt stykke tid. Mejling har netop fået udgivet video omkring vores SAT, som kan ses lige her.

Når det nu er lige oppe over så lad os tage et blik på hvordan vi forventer at Nexø II kommer til at flyve, lad os altså kigge på det vi kalder Nexø II’s flight profile.

Illustration: Carsten Brandt

Vi bruger i CS et egenudviklet script til banesimulering. Det er ikke voldsomt kompliceret. Det kører essentielt set blot en række for- eller while-løkker, hvor acceleration beregnes på baggrund af motorens kraft og luftmodstand ved den nuværende hastighed, dette bruges så til beregning af hastighed og højde. Vi antager at vi flyver lodret og dermed kan vi i princippet simulere opstigningen i 1D, men da vi gerne vil have vindens påvirkning med på turen ned i faldskærm, så simulere vi i 3D.

For at kunne bestemme luftmodstand skal man bruge nogle modeller for luftens densitet som funktion af højde og man skal bruge en model for hvorledes rakettens drag koefficient udvikler sig med hastighed. Dertil bruger vi samme metode som Hans Olaf Toft fra Dansk Amatør Raket Klub har beskrevet i 2D Baneberegning for passivt stabile raketter.

Udover luftmodstand så har Nexø II et andet tab, nemlig tab til drag på sine jet vanes. Vi har tidligere ved statisk test målt at dette tab er omkring 10% af motorens kraft. Det er desværre blot prisen ved at flyve med jet vanes.

Med en startvægt på 292 kg og en kraft fra motoren på 5000 N, hvoraf vi taber 10% til jet vane drag, så har Nexø II en Thrust To Weight Ratio (TTWR) ved lift off på 1,57, hvilket altså giver os en startacceleration på ca 5,7 m/s^2. Det kan synes af meget lidt for en amatørraket, typisk ser man amatørraketter farer afsted med accelerationer der minder om jord-til-luft missiler, men for liquid bi-props er det helt almindeligt. Der hvor Nexø II skiller sig ud fra andre amatørraketter i samme størrelse er jo netop at den er en liquid bi-prop og ikke hverken solid eller hybrid, som langt de fleste andre amatører arbejder med. Til sammenligning letter en SpaceX Falcon 9 med ca. 4,1 m/s^2 (7,6 MN løft til 549 ton).

Såfremt vi lykkes med at opretholde et korrekt konstant kammertryk på 15 bar, så vil motoren forbrænde 2,56 kg brændstof per sekund. Med 114 kg brændstof ombord giver det en brændtid på 44,5 sek. Lad os kigge på hvordan acceleration, hastighed og højde tager sig ud grafisk.

Illustration: Thomas Pedersen

Nexø II flight profile.

Accelerationen ses i første graf. Vi starter som nævnt ud omkring 5,7 m/s^2 og ved Main Engine Cut-Off (MECO) er raketten blevet 114 kg lettere og slutter dermed med en acceleration på 11 m/s^2. Af næste graf ses at det giver en sluthastighed på 370 m/s og på grafen over højden kan vi se at MECO og tophastighed indtræffer i en højde af 7.200 meter. I denne højde er lydhastigheden 314 m/s, så Nexø II vil gå supersonisk kortvarigt.

Efter MECO fortsætter Nexø II, nu uden aktiv styring, til sit toppunkt som bliver omkring 13.000 meter, hvilket nås ca. 79 sekunder efter lift off. I toppunktet skydes en lille ballut ud, som skal skabe en smule drag og sikre at Nexø II falder med motorenden først. Herefter falder raketten ned mod en højde på 3.000 meter hvor hovedskærmen udfoldes. Dette sker ca. 225 sekunder efter lift off. Under sin faldskærm vil raketten nu falde med ca. 8 m/s indtil den lander i havet lige omkring 585 sekunder efter lift off.

Udover graferne for acceleration, hastighed og højde har jeg også inkluderet grafer for motorens trykkraft og dens specifikke impuls. Som det ses så stiger de begge to svagt. Det skylde naturligvis at det omgivende tryk falder med højden, så selvom vi holder samme kammertryk i motoren, så stiger kraften og dermed også den specifikke impuls.

Under hele turen modtager vi data fra raketten så vi hele tiden ved hvor den er henne. Vi modtager både data fra Nexø II’s egen navigationsenhed og vi modtager data fra en GPS-enhed ombord. Disse data stryger automatisk ind i Mission Control, hvor vi til enhver tid kan se hvor raketten rent faktisk er lige nu. Selvom raketten flyver lodret op, så vil den dog lande et godt stykke væk idet den falder 3.000 meter i sin faldskærm, hvor vinden spiller en meget stor rolle for hvor raketten lander. Derfor forsøger vi faktisk at forudsige landingspunktet. Det gør vi baseret på vejrmodeller, hvor vi kan hente forventede vindretninger og hastigheder som funktion af højde. Et sådan sæt vinddata kan se ud som nedenfor.

Illustration: Thomas Pedersen

Vinddata fra en tilfældig dag.

Under både turen ned i ballut og turen ned i faldskærm vil raketten altså drive med vinden, det kan give en signifikant afdrift. For ovenstående vinddata kan det eksempelvis komme til at se ud som på nedenstående.

Illustration: Thomas Pedersen

Nexø II opsendes i centrum af cirklen og den sorte linie viser den forventede drift på grund af vinden.

Som det ses kommer Nexø II ikke til at sætte hverken højde- eller hastigheds-rekorder. Det har dog heller aldrig været noget formål med Nexø II. Formålet har hele tiden været at den skal tjene som teknologidemonstrator og verificere at de systemer og teknikker vi arbejder på rent faktisk også virker.

Og gør det så det? Ja, det må tiden jo vise i den kommende weekend. Vi glæder os i hvert fald ekstremt meget til endelig at få Nexø II til vejrs. Husk at I kan følge hele opsendelsen direkte i vores stream på www.copsub.com.

Thomas Pedersen
er civilingeniør fra DTU fra 2006 og har en Ph.D. indenfor mikro- og nanoteknologi fra DTU Nanotech, og er nu ansat samme sted som seniorforsker. Thomas har bygget raketter siden 1999 og blev en del af Copenhagen Suborbitals i 2009. Han er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog.

Jeres drift bane på nedturen virker meget lineær, har i taget højde for de forskellige vindretninger i forskellig højde? Hvis jeg ikke husker helt forkert er den fremherskende retning over 10,000 fod vestlig.
Det skulle give en mere hyperbel formet driftkurve efter som kapslen bevæger sig ned gennem de forskellige vindretninger hvor den først bevæger sig mod øst og slutter med at bevæge sig mod syd vest -vest

  • 0
  • 1