[AR] Re: Probalistic model of solid rocket motor thrust curve?

  • From: Troy Prideaux <GEORDI@xxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Tue, 12 Apr 2016 13:22:52 +1000

Characteristic velocity generally won't change much with chamber pressure. It's 
the nozzle's contribution that's affected by various pressures (both in & out)

Troy

Sent from my iPad

On 12 Apr 2016, at 10:40 AM, Gerald Taylor <geraldtaylor3@xxxxxxxxxxxxx> 
wrote:

I think that would mostly be a poor assumption. Delivered ISP is not a 
constant as it depends on internal motor pressure (not a constant) and 
atmospheric pressure (varies substantially with altitude).

As a first cut using inexpensive tools, which might be good enough, one might 
try:

Using a tool such as Burn Sim to produce a thrust curve and duration matching 
expected motor performance, with propellant density set correctly, and 
juggling a and n to achieve a curve matching observation. Use a tool such as 
one of the PEP tools to determine how characteristic velocity will vary with 
respect to pressure for the propellant mix (assuming you know the mix). Go 
back to Burn Sim and alter a and n slightly as needed to increase or decrease 
the burn rate a bit. Determine the new pressures, feed in the PEP info for 
each pressure range and re-run the burnsim curves.

Save out this family of thrust curves.

Generate a new family of thrust curves based off small variances of Kn, 
generated in a similar fashion except Kn is varied rather than a and n.

Save those too.

One could get fancy and do a matrix. One can even add a third dimension for 
variations in density.

Now one can take that family of thrust curves and feed them into a tool such 
as RasAero to determine rocket performance sensitivity to these sorts of 
motor inconsistencies.

Of course, one could alternatively work to produce a more consistent motor.

Note that BurnSim is simplistic and not without errors. Generally one does 
not use geometries where the tool goes off into la-la land, and generally one 
should avoid erosive burning if one is working on a performance motor of some 
sort (IMHO) as one can generally get better performance without being erosive 
through a change of design. One can compensate for some of its other issues 
such as assuming constant pressure along the length of the motor which is 
false.

For more accurate work one would have to have better characterization than 
just a and n. But with many propellant formulas a and n are sufficient for 
pretty good work. I was usually achieving altitude matching sims with errors 
in the <2% range, motors in the M through O range. That's with my motors 
though, not commercial ones. Mine tended to match predicted burn duration to 
0.1 second, and burn curve matched design. That is, they matched my specs for 
each launch. Each was purpose-designed, tending to deliver about 10% greater 
delivered ISP (readily observed through altitude) compared to equivalent 
sized commercial.

Back on subject - during burn Kn also changes through enlargement of the 
nozzle throat. Burn rate is also affected by acceleration. Flight through the 
atmosphere involves wind relative to ground vector changes. There are lots of 
variables.

Gerald

-----Original Message----- 
From: Ian Woollard 
Sent: Apr 11, 2016 2:36 PM 
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx 
Subject: [AR] Re: Probalistic model of solid rocket motor thrust curve? 

I think a reasonably good model would be simply assuming that motor chemistry 
is well mixed, and thus the Isp is fixed at launch, so it takes a gaussian 
value centered on the manufacturers typical value with their standard 
deviation, and wouldn't change over the flight (with the exception of nozzle 
backpressure).

On 9 April 2016 at 18:18, Aaron Baker <bitmapverse@xxxxxxxxx> wrote:
I'm interested in using state-space tracking techniques to try to improve 
position tracking for a rocket, but I need a process model for the motor.

I have the manufacturer thrust curve and a measure of variability, but 
modeling the variability as noise doesn't really make sense because thrust 
from moment to moment shouldn't be statistically independent of the previous 
moment, it should be roughly the same and change only slowly.

What kind of model might be appropriate?
Aaron



-- 
-Ian Woollard

Sent from my Turing machine

Other related posts: