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

  • From: "" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender "crogers168" for DMARC)
  • To: "rocket@xxxxxxxxxxxxxx" <rocket@xxxxxxxxxxxxxx>, "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>, "dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx>, "ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx" <ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 28 Jul 2020 02:19:42 +0000 (UTC)

Robert:
The rasaero.com web site should be up, I was on the web site earlier today and 
a few minutes ago.
The RASAero II software includes corrections to the Fin Supersonic CNalpha and 
CP that particularly affect short span fins.  These corrections have not been 
made for the Fin Subsonic CNalpha and CP because comparisons with Subsonic wind 
tunnel data hasn't indicated that they are needed.
In RASAero II we recommend a minimum stability margin of 1.0 calibers Subsonic, 
and 2.0 Calibers for Supersonic and Hypersonic.  In RASAero II you'll get a 
warning message if the stability margin falls below these limits.
Until a recent exception, every rocket run on RASAero II with a stability 
margin from RASAero II of at least 2.0 calibers for all Supersonic Mach numbers 
did not have any stability issues up to and above Mach 3.  (The exception had 
high-altitude coning above 100K ft.)
If you're concerned about stability, you could have a stability margin of 2.0 
calibers for all Subsonic Mach numbers.
Earlier you wrote that you were looking for 2-3 calibers stability margin.  3 
calibers might cause wind induced weather-cocking for a low thrust liquid 
rocket.  You probably want to have a minimum stability margin at all Subsonic 
Mach numbers of 2.0 calibers.


Charles E. (Chuck) RogersRogers Aeroscience



-----Original Message-----
From: Robert Watzlavick <rocket@xxxxxxxxxxxxxx>
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx; Redacted sender crogers168 for DMARC 
<dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx>; ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx <ctedesco@xxxxxxxxxxxxxx>
Sent: Mon, Jul 27, 2020 6:49 pm
Subject: [AR] Re: Modeling liquid engine aft body in OpenRocket

 Chuck / Carl,
 Thanks for the advice.  I did notice that when I added the boattail, the Cp 
became very sensitive to fin span.  I also tried RasAero 1.0.1.0 (the website 
is down currently so I can't try the newest version).
 
 Do you (or anybody else) have a recommended stability margin for a long thin 
rocket like this?  Max expected velocity is below Mach 1.0.  I'm worried about 
low-span fins getting lost in the boundary layer - does your code take that 
into account?
 
 -Bob
 
 On 7/27/20 7:29 PM, (Redacted sender crogers168 for DMARC) wrote:
  
 
 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) Rogers Rogers 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
 
  #yiv2562201309 -- filtered {}#yiv2562201309 filtered {}#yiv2562201309 
p.yiv2562201309MsoNormal, #yiv2562201309 li.yiv2562201309MsoNormal, 
#yiv2562201309 div.yiv2562201309MsoNormal 
{margin:0in;margin-bottom:.0001pt;font-size:11.0pt;font-family:sans-serif;}#yiv2562201309
 a:link, #yiv2562201309 span.yiv2562201309MsoHyperlink 
{color:blue;text-decoration:underline;}#yiv2562201309 
span.yiv2562201309EmailStyle18 
{font-family:sans-serif;color:windowtext;}#yiv2562201309 
.yiv2562201309MsoChpDefault {font-size:10.0pt;}#yiv2562201309 filtered 
{}#yiv2562201309 div.yiv2562201309WordSection1 {}#yiv2562201309    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       
 

Other related posts: