[AR] Re: Modeling liquid engine aft body in OpenRocket

  • From: "" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender "crogers168" for DMARC)
  • To: "ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx" <ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx>, "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 28 Jul 2020 00:29:56 +0000 (UTC)

Carl:
The altitude comparisons with flight data, CD comparisons with wind tunnel 
data, and CD comparisons with in-flight measured CD, are all on the RASAero web 
site ( www.rasaero.com ).  The comparisons of the RASAero predicted altitude 
with flight data indeed are all for solid rockets.
The current release of the RASAero II software (Version 1.0.2.0) had extensive 
new protuberance drag models added.  See Pages 24-30 of the RASAero II Version 
1.0.2.0 Users Manual.
It's been my experience that going over the rocket in detail and really picking 
out all of the protuberances can really increase the altitude prediction 
accuracy.  Rail Guides, Launch Shoes and Launch Lugs were already included in 
RASAero II.  RASAero II Version 1.0.2.0 added a Protuberance Input Section 
with; Streamlined - No Base Drag, Streamlined - With Base Drag, and multiple 
Inclined Flat Plates.  There are pictures in the Users Manual showing parts of 
various rockets and describing which protuberance type should be used to model 
the protuberance.  Fin Brackets can be modeled using an inclined flat plate 
(with the total frontal area the same as the Fin Brackets, assuming the Fin 
Brackets have the same plate angle.)
Note that the protuberance drag modeling in RASAero II does not include that 
part of the protuberance is actually buried in the boundary layer.  All of the 
protuberance is included, and thus the RASAero II protuberance drag prediction 
is conservative (extra drag).
Once you start inputting all of the protuberances on the rocket, you'll see the 
17K ft altitude fall with the addition of each protuberance getting you closer 
and closer to the 13.2 K ft flight data.
This protuberance drag modeling is a RASAero II feature not available in the 
other rocket flight simulation software.
Robert; the bottom of your rocket has a very complex shape, and is very 
difficult to model.  Probably the most conservative approach CP-wise is to 
model the bottom of the rocket as a Boattail, as you have done in the middle 
figure.  Boattails can be pretty destabilizing, so if the bottom of your rocket 
acts as a Boattail, you could have a marginal CP situation.  CP-wise, I'd model 
it as a Boattail.  If it doesn't act as a Boattail, then you'll have additional 
CP margin.
Drag (CD)-wise, I'd run the rocket as the bottom figure (full base area), and 
then take the first forward facing conical expansion, and add it's frontal area 
as a Streamlined - With Base Drag protuberance.  Note that you'll have one 
RASAero II run to get the CP, and you'll have to keep track of the CP 
separately.  The other RASAero II run will be with the bottom figure and the 
extra protuberance drag, to get the right drag (CD) for the trajectory 
simulation.


Charles E. (Chuck) RogersRogers Aeroscience


-----Original Message-----
From: Carl Tedesco <ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx>
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Sent: Mon, Jul 27, 2020 1:25 pm
Subject: [AR] Re: Modeling liquid engine aft body in OpenRocket

#yiv9327662127 #yiv9327662127 -- _filtered {} _filtered {}#yiv9327662127 
#yiv9327662127 p.yiv9327662127MsoNormal, #yiv9327662127 
li.yiv9327662127MsoNormal, #yiv9327662127 div.yiv9327662127MsoNormal 
{margin:0in;margin-bottom:.0001pt;font-size:11.0pt;font-family:sans-serif;}#yiv9327662127
 a:link, #yiv9327662127 span.yiv9327662127MsoHyperlink 
{color:blue;text-decoration:underline;}#yiv9327662127 
span.yiv9327662127EmailStyle18 
{font-family:sans-serif;color:windowtext;}#yiv9327662127 
.yiv9327662127MsoChpDefault {font-size:10.0pt;} _filtered {}#yiv9327662127 
div.yiv9327662127WordSection1 {}#yiv9327662127 Robert, I have no experience 
with OpenRocket. I use RASAero2.  Regarding your fin mounts… in RASAero they 
allow you to enter the frontal area of a launch shoe (think launch lug). Does 
OpenRocket have an option like this? If so, maybe you could model the fin mount 
as additional launch shoe frontal area. It does not let you tell it where the 
launch shoe is (i.e. how far aft), so it probably will not accurately predict 
CP, but it may be useful for drag (CD). Our liquid rockets that have performed 
nominally have never achieved the sim results. Our last rocket sim’d at ~17 kft 
but achieved 13.2 kft. This is probably because the complex liquids have 
features that don’t make it into the simplistic sims (like your motor exposed 
to the free stream). I had always hoped some college team/student would compare 
the freeware rocket sims aerodynamic modeling modules and report on which is 
the most accurate (hint, hint if any of my students read this). Chuck Rogers 
who created RASAero has (or use to have… I have not checked in a while) some 
case studies that compare wind tunnel based aerodynamic data with the data 
predicted from his software, but I believe they were all 1950’s-70’s solid 
rockets which are a lot closer to the simplistic rockets that can be input and 
not like the liquid rockets we build. --- Carl  From: 
arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx <arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx> On Behalf Of Robert 
Watzlavick
Sent: Monday, July 27, 2020 11:14 AM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Modeling liquid engine aft body in OpenRocket I'm using 
OpenRocket to predict the Cp of my fin configuration but I could use some 
advice with the configuration of the aft body.  This is for the rocket using my 
250 lbf LOX/kerosene engine.  The engine 
(http://www.watzlavick.com/robert/rocket/regenChamber3/photos/dsc_0749m.jpg) 
sticks out from the aft body without a shroud.  I modeled it three ways getting 
varying Cp locations.  The components are all zero weight so there is a lumped 
mass in the fwd section corresponding to the empty weight with the "engine" 
located at the aft face of the fwd body tube.  The CG shifts about 4 inches 
forward as the tanks burn down.

Method 1 - Actual engine geometry, not sure how well OpenRocket handles that:





Method 2 - Modeled as a boat tail:



Method 3 - Straight tube - probably not correct:



The fact that Method 1 and 3 have essentially the same Cp tells me that 
OpenRocket probably isn't modeling the actual engine geometry very well.  I 
could create a shroud for it as the boat tail configuration has higher 
performance but I'd rather just leave it as-is as I'm not too worried about 
performance for the first flight.  Max expected altitude depends on the 
propellant load (10 vs. 15 sec) but should be between 10k and 17k ft.  I've 
seen other liquids that had similar arrangements with the engine hanging out so 
how were they modeled for fin placement purposes?

One other issue is the interaction of the fin mounts.  The fin mounts are 
adjustable on the body and the fins are also adjustable within the fin mounts, 
with a slot down the middle:  
http://www.watzlavick.com/robert/rocket/rocket1/photos/dsc_8310m.jpg.  I ;
finally got access to AeroFinSim and realized the original fin design was 
flutter prone (and way too stable).  The span of the fins is 5 inches but only 
4 inches extend beyond the fin clamps so for flutter purposes, the fin span is 
4 inches.  However, the fin mounts must contribute something to stability so in 
OpenRocket, I made a freeform fin that combines the mounts and fin.  The body 
diameter is 6 inches.  I was targeting 2-3 cal of stability, mainly because the 
Cp seems overly sensitive to fin height.

Any advice would be appreciated.  

Thanks,
-Bob

PNG image

PNG image

PNG image

Other related posts:

  1. Home
  2. arocket
  3. Archive
  4. 07-2020