Untersuchung von Stabilitätskriterien ungesteuerter Forschungsraketen

Abstract

In dieser Arbeit werden die Stabilitätskriterien von ungesteuerten Forschungsraketen untersucht. Dazu wird eine Simulation unterschiedlicher, repräsentativer Raketenformen konzipiert. Die Raketen werden hinsichtlich ihrer Stabilitätszahl (engl. static stability margin) untersucht. Zudem werden die Auswirkungen des Referenzdurchmessers auf die Stabilitätszahl untersucht. Die meist verwendete Stabilitätszahl ist eine Definition, die von einem Referenzdurchmesser (größter Durchmesser der Rakete) abhängt und nicht alle Durchmesser einer Rakete (eine Rakete kann im Durchmesser mehrfach abgesetzt sein) einbezieht. Offensichtlich sind jedoch alle Durchmesser des Profils von aerodynamischer Bedeutung. Aus diesem Grund wird vom Autor ein gewichteter Durchmesser untersucht, welcher die Länge eines jeden Durchmessers gewichtet. Anschließend wird die Stabilitätszahl mit dem gewichteten Durchmesser bewertet und es wird ermittelt, dass diese im Vergleich zur Stabilitätszahl mit dem größten Durchmesser als Referenz bei ähnlichen Raketenformen annähernd gleich sind und so ein besser vergleichbares (in Bezug auf andere Raketenformen) Maß für Stabilität darstellt. Im Weiteren werden die Stabilitätszahlen über der Flugzeit aufgetragen und die Differenzen zwischen den Maxima und Minima der Stabilitätszahlen gebildet. Zusätzlich wird hierzu noch eine Formzahl bestimmt, welche das Verhältnis von dem gewichteten Durchmesser zu der Länge der Rakete ist. Anschließend wird die Differenz der Stabilitätszahl über der Formzahl aufgetragen. Dabei wird ersichtlich, dass zwischen der Form der Rakete und der Spanne der Schwankung der Stabilitätszahl innnerhalb des Fluges ein antiproportionaler Zusammenhang besteht. Somit ermöglicht sich eine Aussage wie stark die Stabilitätszahl einer Rakete in Bezug auf ihre Form im Flug schwankt.