Estabilidad

La estabilidad del cohete es un estudio esencial que hay que realizar, tanto durante el diseño preliminar, como actualizarlo durante el diseño de detalle y las pruebas, para asegurar la seguridad del lanzamiento como las prestaciones del cohete.

A continuación se definen algunos conceptos claves para el estudio de estabilidad:

Aletas: Se trata de los elementos anexionados al cohete en su zona inferior y que le permiten permanecer estable durante todo el tiempo de vuelo. Las aletas constituyen un elemento muy sencillo de control de la estabilidad del cohete, de modo que en función de su área y posición respecto del fuselaje lograremos tener una mayor o menos estabilidad.

Centro de Gravedad (CG): Se trata del punto del cohete donde se puede concentrar de manera ficticia toda la masa del cohete. De este modo, si el cohete se posara sobre la punta de un lápiz justo en ese punto, el cohete permanecería completamente equilibrado. Es importante conocer que el cohete pivotará respecto a ese punto.

Centro de Presiones (CP): Se trata del punto sobre el cual se puede aplicar la resultante de todas las fuerzas aerodinámicas ejercidas sobre el cohete, de forma que dicha resultante en el Centro de Presiones tenga el mismo efecto que el que tendrían todas las fuerzas aerodinámicas por separado sobre la aeronave. Sin embargo, el CP tiene la peculiaridad de que varía con el ángulo de ataque de la aeronave (α) y con Número de Mach.

El Centro de Gravedad debe estar por encima del Centro de Presiones para que el cohete sea estable.

¡Peligro! El CG siempre debe estar por encima del CP, a no ser que el cohete tenga control activo.

En las siguientes figuras puede verse gráficamente como afectaría a las actuaciones del cohete una perturbación lateral si el CP estuviera por debajo del CG, y viceversa.

En la configuración estable la resultante de las fuerzas de sustentación sobre el Centro de Presiones es tal que el momento que ejerce sobre el Centro de Gravedad hace que el cohete vuelva a la situación de equilibrio. Esto se denomina momento recuperador.

Situación estable: El CG está situado por encima del CP.

En la configuración inestable la resultante de las fuerzas de sustentación generaría un momento en sentido contrario, desestabilizando el cohete aún más. Esto se denomina momento desestabilizador.

Situación inestable: El CG está situado por debajo del CP.

Distancia entre CP y el CG


NOTA: Un «calibre» equivale a 1 diámetro del fuselaje del cohete.

CG y CP separados menos de 1 calibre: Los Centros de Presiones y Gravedad estarían a la misma altura y no puede asegurarse la estabilidad del cohete. Cohete muy poco estable.

CG y CP separados más de 1 calibre y menos de 2 calibres: Se asegura la estabilidad del cohete en todo momento. Cohete estable.

CG y CP separados más de 2 calibres: Cohete excesivamente estable. En el caso de recibir una corriente de aire lateral, la aeronave se desviaría de su trayectoria vertical y apuntaría hacia la zona desde donde le sople el viento. Este comportamiento se denomina «Weathercocking».

El posicionamiento de las aletas y su área tiene una gran influencia en la localización del centro de presiones en el cohete.

A medida que se bajan las aletas a lo largo del cohete también lo hace el Centro de Presiones.

Cuanta más área posean las aletas más bajará el Centro de Presiones. Además la geometría de las aletas puede ser la que que se desee, manteniendo siempre unos estándares (Delta recortado, Trapezoidal, Barrido afilado, etc.).

Geometría típica de aletas de cohetes.

Con el siguiente enlace podéis descargar la última versión del estudio de estabilidad realizado para NAOS

En la página «Fuselaje y elementos aerodinámicos» se muestra información para realizar estos cálculos.