Hi !

ich bin (noch) gar kein Raketenbauer sondern Physiklehrer. Ich überlege, ob ich ein bisschen Raketentechnik mit in meinen Unterrichtsstoff aufnehme.

Zur Behandlung der Raketengleichung suche ich möglichst detaillierte Raketendaten, also so etwas wie Höhe in Abhängigkeit der Zeit.Möglichst gut aufgelöst, um daraus Beschleunigungskurven zu bestimmen - Ziel wäre es, aus diesen Daten zumindest zu erkennen, dass die Beschleunigung mit der Höhe zunimmt.

Ob das klappt, weiß ich nicht. Bei der Ariane soll das sehr schön gehen, aber die ESA hat entweder kein Interesse an Unterstützung oder finden den Antwortbutton im Emailprogramm einfach nicht.

Wär nett, wenn ihr da was habt und mir zukommen lassen könnt.

Ich bin mir sicher dass Dir hier jemand weiterhelfen kann und wird. Ich frage mich allerdings, warum die Beschleunigung mit der Höhe zunehmen soll? Die Änderungen in Gesamtmasse (durch Treibstoffabbrand) und Luftdichte sind bei unseren Raketen relativ klein, und die Schubkurven meistens regressiv.

Oliver

Hi,
naja hier ist halt einer der Unterschiede zwischen Modell- und echten Raketen.
Unsere Beschleunigung ist je nach Motor eher konstant bis zum Brennschluss und nimmt dann schlagartig ab.
Bei echten Raketen jedoch nimmt die Beschleunigung mit zunehmender Brenndauer zu da die zu beschleunigende Masse immer geringer wird und die Schubkraft gleich bleibt.
Allerdings wuerde ich das nicht ueber die Hoehe definieren, das waere in etwa so als wenn man sagen wuerde "jeder der bisher geatmet hat ist gestorben". Das die Hoehe zunimmt ist ein Ergebnis und nicht der Grund...

Also, die gewuenschte Kurve wirst Du bei uns eher nicht finden, wohl aber Schubkurven, die man dann mit Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und Hoehenkurven kombinieren kann.

Mathias

Geändert von Prefect123 am 20. Januar 2015 um 08:36

Hallo Kollege,

hier:
http://history.nasa.gov/ap11fj/01launch.htm

ist dieses Bild:
http://history.nasa.gov/ap11fj/pics/a11-g-force.jpg

zu finden.

Wie meine Vorredner schon sagten, ist bei Modellraketen der Anstieg der Beschleunigung eher gering. Für die schulische Auswertung (für Einsteiger) könnten übrigens simulierte Daten sinnvoller sein, als Logger-Daten. Das geht damit:

http://openrocket.sourceforge.net

An welcher Schule arbeitest du denn? Und in welchem Jahrgang sollen die Auswertungen gemacht werden?

Grüße,

Hagen

Hi,

ja doch, man sollte das sehen. Gerade bei Modellraketen müsste es gut zurück zu rechnen sein.
die großen Raketen, also Ariane und Co., fahren alle optimierte Profile ab um maximal viel Nutzlast aus der Treibstoffmenge heraus zu holen. Das bedeutet, das der Schub ständig angepasst wird um das Qmax möglichst klein zu halten.
Bei Modellraketen sind das ganz anders aus.

1. Nach einem sehr kurzen Brennschluss bleibt die Raketenmasse konstant.

2. Die Flugbahn wäre ohne Luft eine Parabel. Da wir aber Luft haben, wird die Rakete abgebremst.

3. Die Differenz aus der Parabel und den Messdaten ist der Verlust durch den Luftwiderstand. Würde man das also umstellen auf den CW-Wert, müsste dieser eigentlich einen Konstanten Betrag liefern.

4. Ja wenn die Luftdichte konstant wäre. Ist sie aber nicht. In 5.500m Höhe ist da nur noch die Hälfte vorhanden. Das ist eine Höhe die durchaus mal erreicht wird. Wenn nicht hier, dann in den USA. Die FAR hat z.B. Messdaten für einen Flug bis auf ca. 6km Höhe. Die könnte man mal fragen.

5. Wenn man also die Luftdichte auch noch heraus rechnet, die Höhe ist ja durch die Messung bekannt, dann bleibt eigentlich nur noch die Änderung durch den Geschwindigkeitsabhänigen CW-Wert.

Man kann also schon mit den Messwerten eine Menge anstellen. Aber leider sind die Messwerte noch mit einem Rauschen versehen, der Druck am Sensor hinkt der tatsächlichen höhe etwas hinterher,... Was ich sagen will, man bekommt nicht wirklich eine schöne Kurve heraus, sondern eher eine Wolke an Messpunkten die einem eine Kurve erahnen lässt.
Daher auch mein Tipp, nimm lieber simulierte Daten weil die einfach weniger Messfehler drin haben. Dort kannst du auch deutlich mehr Messpunkte simulieren als echte Messtechnik produzieren kann.

Ist übrigens ein spannendes Thema. Habe mal versucht die Schubkurve des Motors aus den Flugdaten zurück zu rechnen. Es kam auch was raus was einiger Maßen sinnvoll aussah.

Gruß

Neil

Zitat:

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die großen Raketen, also Ariane und Co., fahren alle optimierte Profile ab um maximal viel Nutzlast aus der Treibstoffmenge heraus zu holen

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Neil, bei den "modernen" Boostern hast du recht, aber wenigstens bei der ersten Stufe der Saturn V bin ich mir relativ sicher, dass die Triebwerke dauerhaft auf 100 % liefen. Grund war der Pogo-Effekt, den man bei den Hauptstufenmotoren bis zum Schluss nicht komplett im Griff hatte. Zum "Drosseln" wurde da einfach ein Triebwerk abgestellt. Man möge mich korrigieren, wenn ich falsch liege.

Grüße,

Hagen

Geändert von Trevize am 20. Januar 2015 um 13:55

Hi Hagen,

haben die nicht so gemacht. Der Pogo Effekt kam ja durch die lange Zuleitung zustande. Daher hat man dort Puffervolumen mit Gasblase eingebaut. So in etwa wie ein U-Rohr nach oben gebogen halb voll und verschlossen. Oder man hat der Flüssigkeitssäule Gasblasen beigemengt um diese elastisch zu machen.

Man muss die Motoren während des Fluges drosseln. So wird man z.B. zu schnell zu schnell Bedeutet, die Belastung der Rakete durch aerodynamische Kräfte wird zu hoch. Daher steigt man lieber erst einmal langsam nach oben bis die Luft dünner wird und wird dann ordentlich schneller indem man langsam seitlich abkippt. Dann hast du noch den Effekt das die Rakete ja extrem leichter wird zum Ende hin. Wenn du da den Motor immer bei 100% laufen lässt, wird die Beschleunigung zu hoch.

Was du meinst mit der Abschaltung eines Motors war eher nicht gewollt. Dieser hat sich selber aus Sicherheitsgründen abgeschaltet was dann durch mehr Brenndauer der anderen ausgeglichen wurde. Aber mit voller absicht war das eher nicht.

Ich denke aber für obiges Problem sind die Kurven von Modellraketen nach Brennschluß durchaus brauchbar.

Gruß

Neil

Vielen Dank für eure Beiträge - das ist für mich alles sehr spannend und neu.

Mir leuchtet es ein, dass bei Modellraketen mit Brennstoff die Masse eher konstant bleibt - oder liege ich da falsch ? Dann rechne ich da auch mit nahezu konstanten Beschleunigungen.

Aber bei Wasserraketen müsste dieser Effekt so rein theoretisch eigentlich ganz gut rauskommen. Da ist die Abnahme der Masse sicherlich vorhanden - dumm nur, dass dort wohl die Schubkraft auch abnimmt, was dem etwas entgegenwirkt. Obwohl bei unseren Tests eigentlich größte Höhen erreicht wurden, wenn gar nicht soo viel Wasser drin war - auch der letzte Rest wurde noch kräftig ausgestoßen - da habe ich Hoffnung, dass man eine zunehmende Beschleunigung "sehen" könnte.

Hat jemand Daten da - erst mal egal ob Wasser- oder Brennstoffrakete ?

Die Beschleunigung würde ich aus der Höhe in Abhängigkeit von der Zeit gewinnen, wenn die Datenlogger nicht sowieso das ausspucken. Aber die Bande soll sich ja auch ein bisschen quälen.... (Ich will das an einem Gymnasium machen, Schulstufe 9-12 - wo es passt)

Hallo,

ich kann Daten einer Wasserrakete senden. Habe hierzu eine E-Mail geschickt.

Gruß Achim

Ich wollte noch auf eines hinweisen:

Bei einer Wasserrakete sind die Verhältnisse etwas komplizierter als bei einer Feststoff- oder Hybridrakete. So unterteilt man den Aufstieg in drei Phasen:

1. Ausstoß von Wasser
2. Ausstoß von Luft
3. Flug rein ballistisch, ohne weitere Beschleunigung

Das macht die Theorie noch etwas schwieriger. Könnte die Schüler womöglich überfordern. Siehe einschlägige Facharbeiten usw., die man im Netz finden kann.

Ein gern verwendeter Simulator für Wasserraketen ist der von Clifford Heath:

http://cjh.polyplex.org/rockets/simulation/

Gruß
Achim

Geändert von AchimO am 20. Januar 2015 um 19:32