[AR] Re: Dynamic stability in supersonic rockets

  • From: William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Tue, 16 Nov 2021 09:30:35 -0700

Drew:

Looking at your posted image and your description, I would first guess that
the rocket had a structural failure just above the motor which failure
proceeded first as an offset of the top of the rocket wrt to bottom, thus
creating the coning seen in the image and, second, to seperation of the top
and bottom portions of the rocket, leading the motor to return to stable
flight.  I'm not clear on how to interpret "lateral acceleration" in your
data but I would expect that the pitch and yaw data would show a sinusoidal
pattern with the phase being offset about ninety degrees between pitch and
yaw which I would interpret as confirming that the pattern in the image is
due to coning.

It is possible that the failure was ultimately due to an axial offset of Cg
in the payload area, but I do not think that is required to explain this
behavior.

Bill

On Mon, Nov 15, 2021 at 11:43 PM Plugger Lockett <plugger.lockett@xxxxxxxxx>
wrote:

Hi all,

Firstly, thanks for all the thoughtful responses. I really appreciate it.

William, I remember Ben Brockert making that comment, I actually responded
to that thread. And I agree that most hobbyists don't spin balance their
high performance rockets and that could be useful. And I'm aware of spin
stabilization and the benefits it provides in this situation but to be
honest I think getting 6-9Hz of spin will be tricky, at least for my skills.

Chuck, thanks so much for chiming in and providing that rough guideline
regarding how to attempt to mitigate dynamic stability issues with a simple
static stability rule to follow. That's pretty much EXACTLY what I was
hoping for out of this discussion and it coming from you definitely adds
weight to the guidance. It also meshes with the successful vs unsuccessful
flights with really aggressive reloads (eg M2245, N5800, O3400).

Troy, thanks as well. I'm not sure, but I think your second point
around aerodynamic forces trying to pull the rocket apart is possibly what
bit me with my M2245 flight at the last THUNDA. With that flight my rocket
folded just at or after burnout at ~ Mach 3. Below is a screenshot of the
video (video link here https://www.youtube.com/watch?v=AaZ2lmrFbSo&t=172s
) showing a bit of wobbling just before the Nose and AV bay separated from
the airframe.

[image: image.png]

Luckily I recovered my AV Bay and was able to pull flight data from my
Raven, seen below. I've boxed the area where the photo above roughly
matches the graphed data.

[image: 75er-unstable-graph.png]

And finally, the Raven flight summary.

[image: FIP-M2245-Summary.JPG]

I need to dig up my sim file but I thought I had ample static stability
(approaching 2) but I want to check that. And TBH I knew the section of
airframe where my rocket failed was by far the weakest point of the vehicle
as it was the place where I only had 4 wraps of 2x2 200gsm CF twill with no
other reinforcement. It was maybe a 2 inch section, above the motor casing
and below the internal FWFG AV Bay coupler tube. I did have the casing
retained with an aluminium bolt but that was more for positive retention
than anything else. I won't make this mistake again.

If anyone feels comfortable with sharing their thoughts on my flight
failure based on the above data I'm very keen on hearing that. Thanks for
reading.

Kind regards,

Drew Hamilton




On Tue, Nov 16, 2021 at 5:35 AM Troy Prideaux <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

There are 2 (aero)dynamic issues I would be focusing on for high
performance flight that can get you:



(1) the forward shift in CP which Chuck has suggested a good design
allowance for. This is counterintuitive to aircraft designers as the CP
will generally shift backwards for typical high performance aircraft within
the supersonic regime, but is generally true for rockets of typical
sounding rocket geometry.



(2) the aerodynamic forces trying to pull the rocket apart. This will
depend on the design of your rocket and how aggressive the acceleration
profile ie. going fast enough (velocity) quick enough (time,  in particular
air density).  This issue will spring up on you at (or just after) burnout
if it does catch you. It will depend on how draggy your lower section is
compared to the upper section but also internal pressure – ie. if you only
bleed your internal pressure out the side (A) there might not be enough
time for your internal volume to bleed enough pressure for burnout and (B)
the external pressure on the base will be lower than the ambient static
pressure. Again, this will be most apparent for aggressive acceleration
profiles.



Troy



*From:* arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx]
*On Behalf Of *Plugger Lockett
*Sent:* Monday, 15 November 2021 5:51 PM
*To:* arocket@xxxxxxxxxxxxx
*Subject:* [AR] Dynamic stability in supersonic rockets



Hello aRocket,



I've been having some conversations with people in the high power
rocketry community as of late regarding minimum diameter rockets
encountering issues with stability during boost when they reach the Mach
3-4 range. The conventional wisdom in these conversations is that the
failures are related to a lack of dynamic stability. Of course unlike
static stability, there's not an easily passed on guideline for ensuring
dynamic stability of a given vehicle.

So I was wondering if anyone here is willing to chime in and shed some
light on how to improve the dynamic stability of a rocket that will see
Mach 3+ during boost?



Any advice is appreciated and thank you for your time.



Kind regards,



Drew Hamilton


PNG image

PNG image

JPEG image

Other related posts:

  1. Home
  2. arocket
  3. Archive
  4. 11-2021