Hallo Allerseits!

Meine aktive Raketenbau-Zeit liegt schon einige Jahre zurück, und erst kürzlich bin ich auf die Webseiten der aktiven Szene gestoßen. Inzwischen habe ich Einiges gelesen und bin immer wieder mal der Frage begegnet, meist von Anfängern gestellt, die scheinbar Viele beschäftigt:
Wie kann man eine Rakete gleichzeitig langsam (vorbildgetreuer) und trotzdem stabil starten (ohne ewig langen Führungsstab)?
Der Chor der „Alten Hasen“ antwortet dann regelmäßig: „bräuchte eine Schubvektorsteuerung, die kompliziert, teuer und schwer ist, also für Modellraketen unrealistisch, also vergiss es!“ Oder anders gesagt: Modellrakete = zisch und weg
Mir fällt dazu eine Idee aus der Anfangsphase meiner eigenen Projekte ein, die ich damals, mangels feinmechanischer Fähigkeiten, nicht ausprobieren konnte:
Stichwort Kreiselstabilisierung, aber weder nach dem Prinzip Drallstabilisierung, welche die ganze Rakete in Längsdrehung versetzt, noch nach dem Prinzip Gyroskop als Lagesensor(Gründe siehe oben), sondern mit einem Kreisel, der im Schwerpunkt der Rakete und mit der Rotationsachse parallel zur Raketen-Längsachse, natürlich drehbar um die Rotationsachse, aber mit seinem Rahmen fest mit der Rakete verbunden ist.
Mit ausreichendem Drehimpuls vor dem Start (welche Masse bzw. Drehzahl der Drehkörper haben müsste, wollte in einem anderen Forum mal Jemand ausrechnen, hat dann aber nie mehr etwas dazu gesagt) müsste dieser Kreisel die Rakete völlig unabhängig von der Startbeschleunigung und ohne Leitflossen ausreichend lange in der Senkrechten halten, d.h. es könnte ein Start mit lange brennenden Treibsätzen und geringer Beschleunigung realisiert werden, jedenfalls im Bereich der T2 – Nutzlastkapazitäten.
Zur Konstruktion des Kreisels gibt es mehrere Möglichkeiten: er muss ja nur für höchstens 20 Sekunden die nötige Drehzahl beibehalten, d.h. es wären keine aufwändigen Achslager erforderlich.
Je nach erforderlicher Masse, käme evtl. auch der Läufer eines ausgemusterten Wechselstrom E-Motores in Frage, da wären die Lager gleich dabei, und ausgewuchtet wäre er auch schon.
Die nötige Startdrehzahl müsste, wie gesagt, mal Jemand ausrechnen, der sich schon mit Drehimpuls, Kippmoment an der Rakete durch Seitenwind oder Abweichung des Schubvektors usw. befasst hat, aber man kann’s natürlich auch empirisch ermitteln.
Der Kreisel könnte z.B., je nach Qualität der Lagerung, über einen externen Antrieb, wie beim Elektro-Handstart von Verbrennermotoren im Flugmodellbau, oder induktiv über eine Drehfeld, oder über einen Torsionsantrieb mit Freilauf („Gummimotor“), oder mit eingebautem, aber natürlich extern versorgtem, abkuppelbarem Getriebemotor (wenn die Nutzlastkapazität des Modells es zulässt) auf Drehzahl gebracht werden.

Um Missverständnissen zuvor zu kommen: es ist nicht die Frage, OB das PRINZIPIELL funktioniert, denn das ist sicher. Die Frage ist nur, ob das mit vertretbarem Aufwand konstruktiv umgesetzt werden kann, bzw. bei welchem Verhältnis von Drehzahl und Masse die optimale Lösung liegt, wie bei so stabilisierten Raketen der DP-SP Abstand optimal ist (das Kippmoment durch Seitenwind in der Starphase und die Stabilität durch Windfahneneffekt während des Fluges erfordern gegensätzliche Parameter).
Hat vielleicht Jemand schon praktische Erfahrungen damit gesammelt? Mehr als theoretische Ansätze dazu habe ich noch nicht gefunden.

Mit freundlichen Grüßen
Ingo

Geändert von Dino am 25. Februar 2007 um 13:24

Hallo Ingo,

willkommen im Forum.
Es gibt ein Prof. in den USa der Raketen per Laserstrahl ins All fliegen lassen will. Er nutzt dabei das gleiche Prinzip um die Rakete zu stabilisieren wie du es hier beschreibst. Die Rakete sieht mehr aus wie ein Brumkreisel und wird mit Druckluft in Rotation versetzt. Der Körper ist sehr massiv und dreht sich mit einigen 1000 Umdrehungen pro Minute.

Gruß

Neil

Guten Abend Neil, Danke für's Willkommen,

genau DAS, was Du da beschreibst, meinte ich eigentlich NICHT
Der "Brummkreisel" soll ja IN der Rakete sitzen (und nicht die Rakete selbst sein), aber Druckluft ist sicher eine Möglichkeit, ihn in Rotation zu versetzen. Mit einigen 1000 U/Min habe ich auch gerechnet, aber kennst Du ein realisiertes Projekt nach diesem Prinzip? Ich habe einige Forenbeiträge zu dem Thema gelesen, die diese Idee behandeln, Einige wollten das mal ausrechnen, aber nirgends habe ich Ergebnisse oder von konkreten Versuchen gelesen, dabei müßte das doch speziell die Scale-Leute brennend interessieren, man stelle sich vor: ein SaturnV-Modell hebt auf einem Cluster aus viiiielen Held1k mit Mofa-Beschleunigung von der Startrampe ab....
Wen stört es da, wenn es keine 100m hoch kommt

Gruß

Dino

Hi,

ich kann leider nicht mit konkreten Zahlen dienen, aber ich vermute dass es schwer wird eine ausreichende Stabilisierungswirkung zu erzielen. Nur so als Vergleich: Der Motor einer Bohrmaschine rotiert üblicherweise mit ein paar 10000 U/min. Das wird dann mit einem Getriebe untersetzt. Das ist billiger und kompakter als ein drehmomentstarker und langsamer Motor. Aufgefallen wäre mir beim Bohren noch nichts, im Gegensatz zum Anfahrmoment. Ein weiteres Beispiel sind die Turbinen in (Modell)jets. Die drehen über 100000 U/min und trotzdem können die Dinger ohne Probleme Kurven fliegen.
Natürlich ist es mit einer entsprechenden Geometrie möglich, bei gegebener Rotormasse die Kreiselmomente zu erhöhen. Aber trotzdem werden die notwendigen Massen und Drehzahlen vermutlich sehr hoch werden.

Gruß
Reinhard

Hallo Reinhard,

super Idee!!! Ich habe gerade mal mit dem "Dremel", der kein Getriebe hat und angeblich 30000U/M schafft, getestet. Da spürt man sehr wohl den Stabilisierungseffekt!
Wenn ich mir vorstelle, der Läuferdurchmesser wäre etwa das Dreifache (idealerweise ein dickwandiger Zylinder mit Lagerdeckeln an den Enden, denn die Masse mit dem größten Achsabstand wirkt überproportional am stärksten, siehe Fahrrad), dann würde das für die Stabilisierung einer Rakete sicher reichen.
Wenn größere Durchmesser erforderlich sein sollten, wäre ja eine "Beule" in der Raketenmitte denkbar.
Interessant wäre evtl auch eine Konstruktion, bei welcher ein Mittelabschnitt der Rakete (z.B. auf einer Länge von 10 cm) komplett rotiert (um eine durchgehende Mittelachse), das würde auch den Antrieb vor dem Start vereinfachen.
Wer hat Lust, das mal auszuprobieren? Ich komme zum Jungfernflug und übernehme die Video-Dokumentation


Dino

Geändert von Dino am 25. Februar 2007 um 23:14

Du meinst einen rein mechanischen Kreisel. Die Idee ist gut. Der Kreisel würde aber nicht nur den Start stabilisieren, sondern den ganzen Flug bis zur Landung. Das macht aber nichts, wenn man nicht gerade einen Dentamag verwendet.

Man kann doch irgend ein sich drehendes Teil in die Rakete einbauen, sie starten, und sehen ob eine stabilisierende Wirkung da ist. Es kann doch eigentlich nichts schiefgehen, wenn man die Rakete anfangs nicht zu langsam macht. An die erforderliche Geschwindigkeit kann man sich herantasten.

Tolle Idee. Und so einfach. Das muß ich demnächst mal ausprobieren.

Viele Grüße, Gert.

Hallo,
diese Idee dazu hatte ich auch schon einmal. Das Problem ist wohl, zu berechenen (oder experimentell zu ermitteln), wie groß der Kreisel werden muß, ob ein einzelner Kreisel im SP oder 2 (gegenläufige) Kreisel an den Enden der Rak ein besseres Ergebnis bringen, oder ..., oder...
Ich habe einmal mit einem Physiker darüber gesprochen und er erklärte mir, daß Kreisel von der Theorie her etwas schrecklich kompliziertes seien. Sollte ich es genau wissen wollen, "empfahl" er mir zur Abschreckung ein viele hundert Seiten starkes Lehrbuch, daß vor Differentialgleichungen nur so strotze. Das habe ich mir dann aber lieber nicht besorgt

Also, am besten empirisch ausprobieren.
Den Ansatz, einen Zylinder mit mögl. großem Durchmesser zu nehmen (z.B. ein Stück Stahlrohr) und ihn mit einem kleinen Spielzeug-E-Motor anzutreiben, halte ich für den vielversprechendsten, da er rel. einfach zu realisieren ist. Ein Problem ist dann sicher das Gewicht des Kreisels, denn ohne ausreichend Masse stabilisiert der nix. Und je schneller er rotiert, desto kritischer wird dann die Beanspruchung der Lager, etc.
Vielleicht kann man das erst einmal ausprobieren, indem man einen solchen Kreisel in ein Rohr mit Spitze baut, am besten variabel, damit er in verschiedenen Positionen justiert werden kann. Dieses Rohr (ohne Leitflächen!) dann mit einer Art Katapult hochschleudern und schauen, wie es fliegt.
Das ist dann billiger als gleich 'ne ganze Rak zu bauen und man kann günstig mehrere Experimente machen.
Das wäre eigentlich ein schönes "Jugend forscht" Projekt.
Ich könnte mir gut vorstellen, daß das auch schon mal jemand gemacht hat, evtl. im Ausland. Dann wäre es hilfreich, die Ergebnisse zu nutzen, das erspart dann einiges an eigener Forschung. Im Internet habe ich allerdings (noch) nichts dazu gefunden.

Auf jeden Fall interessiert mich die Idee und für eine Model-Experimentalrakete wäre das ja ein ideales Projekt.

Mit besten Grüssen,
Alexander

Hallo Alexander,

eine der von Dir genannten Fragen läßt sich aus der Theorie beantworten:
Die optimale Position des Kreisels ist sicher im Schwerpunkt der Rakete, denn das ist ja im Flug auch der Drehpunkt. An jeder anderen Stelle in der Rakete sind die Kräfte, die den Kreisel aus der stabilen Lage drehen wollen (Kippmoment durch Windkräfte oder nicht optimal ausgerichtete Treibsatzachse) größer, da der Hebelarm länger ist.
Ein Problem ist sicher das Auswuchten, denn für die erforderlichen hohen Drehzahlen muß das sehr präzise sein.
Alternativ könnte man, statt mit hohen Drehzahlen, mit großem Durchmesser arbeiten, dann sähe die Rakete aber mehr nach interplanetarem Raumschiff aus: in der Mitte ein Speichenrad, das sich um die Raketenachse dreht (das Rad eines Kinder-Tretrollers wäre verwenbar, ohne Reifen natürlich), der äußere Ring aerodynamisch optimiert, also etwa mit lanzettförmigem Querschnitt (die Scale-Leute könnten Fensterchen draufmalen)

Größere Modelle bräuchte man dann nicht mehr zum Startplatz tragen, man könnte sie rollen

Wie auch immer, - ich meine auch, es ist eine Versuchsreihe wert.

Grüße von Dino

Zitat:

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Alternativ könnte man, statt mit hohen Drehzahlen, mit großem Durchmesser arbeiten

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Dann könnte man auch Gewicht sparen, nicht nur Drehzahl. Und das wäre von großem Vorteil.
Nur, wie schon geschrieben, würde das dann mehr einem UFO ähneln, als einer Rakete
Möglich wäre es auch mit dem Kreisel die Fins anzusteuern...

viele Grüße, wolke

Hi,

was für rotierende Massen gilt, gilt auch für geradlinig bewegte Masse die abgelenkt wird. Es entsteht eine Gegenkraft. Jeder mekrt das ja wenn ein Auto versucht in eine Kurve zu fahren. Plötzlich werden fliehkräfte wirksam. Das auf einer Rakete umgesetzt würde in einem extrem langen Düsenhals enden. Die Masse die da bewegt wird ist der Abgasstrahl. Dieser ist schön schnell, was weniger Masse benötigt. Wenn der Düsenhals jetzt sehr lang ist, muss bei einem Kippen der Rakete die schnelle Masse im Düsenhals eine Kurve fliegen, was dann in einem Widerstand der Drheung bemerkbar wird.
Es wäre also mal intersant diesen Weg zu verfolgen.

Gruß

Neil