Centro de Massa e Centro de Pressão
Saber o centro de massa e o centro de pressão do foguete, é essencial para que o foguete siga uma trajetória retilínea e não ocorram acidentes.
Eles podem ser calculados matematicamente, experimentalmente ou por meio de simuladores, como o OpenRocket.
Cálculo do centro de massa
O que é centro de massa?
Centro de massa (CM) é o ponto de equilíbrio das forças gravitacionais que agem sobre o foguete, e está diretamente relacionado com a massa do foguete, o CM é muito bem definido e podemos calcular a sua altura, já sabendo que ele se encontra no eixo central do foguete.
O cálculo da altura centro de massa do foguete é dado por:
Na expressão, Yi é a altura do CM da parte i (aleta, bico, corpo) do foguete
Mi é a massa correspondente a Yi, ou seja, a massa da aleta, bico etc.
Σmi é a soma das massas da aleta, bico e corpo do foguete.
Outra maneira de encontrar o centro de massa do foguete é equilibrar ele em uma régua, o ponto onde ele se estabilizar será o ponto de centro de massa do foguete e assim é só marcar com uma caneta o ponto estabilizado.
Esta maneira é simplificada, por isto, não é 100% precisa.
Cálculo de centro de pressão
O que é centro de pressão?
Centro de pressão é o ponto de aplicação de forças aerodinâmicas que estão atuando sobre o foguete, o centro de pressão é definido unicamente pelo formato do foguete sendo importante encontrá-lo para assim equilibrar as perturbações exercidas pelas forças aerodinâmicas.
Existem duas maneiras de se saber o centro de pressão, a primeira maneira é projetar a silhueta do foguete em um papel e dividir o desenho em partes retangulares e triangulares conforme o exemplo:
Feito o desenho na silhueta, vamos calcular a coordenada Y, sabendo que a coordenada X está sempre no centro do foguete.
O cálculo da coordenada Y pode ser dado por:
Onde Yi é a coordenada do centro da área triangular/retangular, Ai a área correspondente e ΣAi a soma das áreas dos elementos formados pela projeção do foguete no papel.
Outro modo de sabermos o centro de pressão do foguete é desenhando sua silhueta em um papelão e tentar equilibrar esse papelão, já recortado no formato do foguete em uma régua assim como fizemos com o CM, onde o papelão se estabilizar será o local de centro de pressão (CP).
Exemplo:
Esse método é aproximado, portanto não é 100% eficaz.
Agora que já sabemos calcular o CM e CP vamos entender onde eles precisam estar para que o foguete tenha estabilidade em sua trajetória:
Para que a trajetória seja estável nos foguete da MOBFOG, é necessário que o centro de massa (CM) esteja acima do centro de pressão (CP), se após a montagem o CM estiver abaixo, não será necessário refazer o foguete, pois é possível adicionar pequenos pesos para alterar o centro de massa. A distância entre os dois pontos variam bastante, muitas equipes se mantém entre 0.6 cal a 1cal, correspondendo a mais ou menos entre 6cm a 9cm. Porém isso depende de vários fatores, formato da garrafa, aletas, material utilizado no foguete e entre outros.