Hi,
da in anderen Forenkapiteln schon mal über Wasserraketen berichtet und diskutiert wurde, möchte ich hier mal über die Techniken und Theorien diskutieren.
Jeder hat sicherlich seine eigene Vorstellung wie seine Rakete auszusehen hat, aber warum ist das so?
Wieso muß da überhaupt Wasser hinein?
Wie hoch kommt meine Rakete?
All diese Fragen würde ich gerne mit allen anderen zusammen zu einer Antwort verhelfen.
Um gleich damit anzufangen, nehme ich mir die Frage "Wiiso muß da überhaupt Wasser rein?" vor.
Betrachtet man den Drucktank als geschlossenes System, so übt der Innendruck auf jeder Fläche im Tank die gleiche Kraft aus.
Kraft = Druck * Fläche
N = N/m^2 * m^2
Wird in dem Boden ein Loch mit definierter Querschnittfläche angebracht, so hat man zwischen der Tankfläche die nach oben zeigt, und der Tankfläche die nach unten zeigt, eine Differenz.
Diese Differenzfläche und der Innendruck ergeben die Kraft, die die Rakete beschleunigt.
Der gesamt Impuls ergibt sich dann aus der Geschwindigkeit mit der sich der Druck im Behälter abbaut.
Wieso muß dann Wasser in die Rakete gefüllt werden?
Bis dann.

Zitat:

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Original erstellt von Neil:
Wieso muß dann Wasser in die Rakete gefüllt werden?

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Hi Neil,
damit sich eine Rakete vorwärts bewegt, muß IMHO hinten aus der Düse Masse herausbewegt werden - sei es nun Gase CO2, SO2 und HCl (wie beim Schwarzpulver und/oder Composites), Feststoffe wie Ruß, Al2O3 (ebenda) oder Wasser wie beim Shuttle oder auch der Wasserrakete.
Wenn Du die Rakete nur mit Luft befüllst, so wie ich das vor drei Tagen gemacht habe, bewegt sie sich auch - nur das die Flughöhe lächerlich gering ist (etwa 2m).
Gruß,
Tom aus Gö
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Rettet den Wald, eßt mehr Biber !

Die Fragen sind berechtigt. Fangen wir mal bei der einfachen an:
Wie hoch kommt meine Rakete?
Wenn Du weißt wie schnell das Wasser ausströmt, kannst Du folgendes berechnen:
Düsenquerschnitt A = (d/2)^2 * 3.14159 Durchmesser d
Ausströmdauer t
Volumen Wasser V
Masse Wasser m
Strecke die das Wasser zurücklegt l = V/A
Geschwindigkeit des Wassers v = l/t
Momentum des Wasser I = mv
Ja, Du hast richtig gelesen: Ns. Das ist der Impuls. Man nehme die Zeit t:
Durchschnittsschub F = I/t
Jezt hast Du alles was Du brauchst und kannst die normalen Raketengleichungen, bzw. -Programme anwenden.
Jetzt zu der Frage, warum und wieviel Wasser:
Nur Wasser is schlecht, weil Wasser bei handelsüblichen PET-Flaschen-Drücken nicht merklich kompressibel ist und sich daher kein Druck aufbauen lässt. Das Wasser würde also langsam nach unten ausfließen und womöglich stocken, weil immer mal wieder Luft nach oben rein muss.
Nur Luft is schlecht, weil Luft eine sehr geringe Masse hat und daher nicht genug Momentum erzeugen kann. Deine Vermutung mit Kraft und Druck oben müsste zwar richtig sein, aber irgendwo spielt da die Masse auch mit. Nichts Genaues weiß ich nicht...
Es gibt für bestimmte Drücke, Massen, Volumina usw. bestimmte Verhältnisse zwischen Luft und Wasser, die das Verhalten der Rakete optimieren. Man müsste den Maximaldruck, den sone Flasche aushält, mal wissen, dann wie sich das auf Austrittsgeschwindigkeit überträgt, und dann kann man das ohne weiteres durchrechnen (habe schon ein Programm geschrieben, dass wie oben nur Austrittszeit, Masse des Wassers, Düsenquerschnitt, Raketenmasse und Durchmesser braucht und es berechnet Dir Höhe, Geschwindigkeit usw.).
Wer noch helfen könnte wäre: http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/5402/
Da Gips auch ne Seite mit zahlreichen Formeln, die ich aber noch nich komplett durchgearbeitet habe.
Oliver

Hi,
auch ich habe mich mal vor Jahren schon hingesetzt und versucht die ganze Angelegenheit auszurechnen. Dabei habe ich eine Formel im Tabellenbuch gefunden, bei der man die Auströmgeschwindigkeit eines Wasserstrahls aus einem Behälter berechnen kann, wenn der Wasserstand (Innendruck) bekannt ist.
Mit dieser Gleichung konnte ich den Massedurchsatz bestimmen.
Der Witz bei der ganzen Sache war aber, das im Endeffekt bei der ganzen Kürzerrei und zusammenfasserei folgende GLeichung heraus kam:
F = 2 * A * P
Kraft = 2 * querschnittsfläche Düse * Innendruck
Nimmt man aber den Ansatz den ich im ersten Beitrag beschrieben habe, so kommt man auf:
F = A * P
Ich denke mir, das durch die Kompressibilität des verwendeten Mediums an der Düse nicht der Innendruck anliegt.
Zu der FLughöhe kann man auch eine Energiebetrachtung machen.
Die Energie die im komprimierten Gas gespeichert ist, soll ja in Flughöhe umgesetzt werden.
E = P * V
Energie = Druck * Volumen
Nm = N/m^2 * m^3
Habe ich also eine Rakete mit 11bar Druck (10bar Überdruck zur Umgebung) oder 981.000N/m^2 und einem Volumen von 1l oder 0,001m^3. So ergibt sich eine Energie 981Nm.
Nehmen wir die Masse der Rakete mit 500g an so müßte das doch eine Höhe von 200m entsprechen.
Das war jetzt nur eine Betrachtung. Es ist mir klar, das es sowas gibt wie adiabatisch etc.
Kann man nicht über diesen Weg einen Wirkungsgrad bestimmen, der sich aus den veränderbaren Parametern ableiten läst?
bis dann.

Die Energiebetrachtung ist ne gute Idee. Aber auch da spielt sicherlich das Medium mit. Die 200 m sind bei 10 bar und 500 g Wasser sicherlich nicht ganz falsch - in der Theorie, aber da spielen noch Gravitation und Luftwiderstand mit. Wir kommen also (grob geschätzt) auf realistische 60 Meter.
Oliver

Hi,
Die 200 m sind bei 10 bar und 500 g
Wasser sicherlich nicht ganz falsch
Eine Masse von 500g hat bei einer Höhe von 200m eine potentiele Energie die in einem Liter bei 10bar Druckdifferenz gespeichert werden kann.
- in der Theorie, aber da spielen noch Gravitation
Ohne Gravitation würde die Energie nicht in potentiele sondern in kinetische Energie.

und Luftwiderstand mit. Wir kommen also (grob geschätzt) auf realistische 60 Meter.
Der Luftwiderstand spielt natürlich eine große Rolle. So eine Flasche hat schon einen beschießenen Luftwiderstand ohne Spitze. Das Problem Luftwiderstand ist aber allgemein bei jeder Rakete der Fall.
Ich kann mir Vorstellen, das die Reibung in der Düse eine große Rolle spielt. es kann auch sein, das nicht nur Wasser sondern ein Wasser Luft Gemisch austritt.
Bis dann.