Hallo!

Hat jemand von Euch schon einmal mit Heißwasserraketen (also z.B. einer "Aquarius" in klein) experimetiert?
Sicherlich ist das Experimentieren damit nicht ganz ungefaehrlich - zumindest rechtlich. Doch wenn die Rakete nicht übermaessig groß wird und man den Start auf einen sehr großen Acker verlegt, dürfte das vielleicht keinen interessieren.
Moechte soetwas gerne einmal ausprobieren und habe mir auch schon ein paar Gedanken gemacht.

Das groesste Problem habe ich noch mit der Erwaermung des Wassers:
Bisher habe ich nur von "vorgewärmten Heißwasserraketen" (z.B. der "Aquarius") gehört. Damit meine ich, dass das Wasser (im Tank) nicht an Ort und Stelle erwaermt worden, sondern die schon heiße Rakete zum Startplatz gebracht worden ist. Das ist mir allerdings ein wenig zu gefaehrlich. Ausserdem muss eine gute Isolierung her, usw.
Deswegen moechte ich das Wasser gerne erst am Startplatz erwärmen. Evtl. ist es keine gute Idee das "von außen" zu machen, da sich in diesem Fall die Huelle im Verhaeltnis zum Wasser uebermaessig stark aufheizt.
Deswegen moechte ich eine Heizspirale im Wassertank unterbringen und das Wasser dann mit einem kleinen Generator aufheizen - eine Art Tauchsieder. Die Spirale soll allerdings beim Start in der Rakete bleiben.

Findet Ihr, dass die Idee zu verwirklichen ist? Wieviel Druck und wieviel Hitze hält wohl eine "normale" Heizspirale (bzw. die Isoliermasse zwischen Leiter und Hülle der Spirale) stand?

Habt Ihr noch eine andere Idee dazu - oder zu Heißwasserraketen überhaupt?

Liebe Gruesse,
Bockermann

Hallo,

und willkommen im Forum.
Die Idee mit der Heizspirale ist garnicht so schlecht. Es gibt Spiralen für die chemische Industrie, die den Anforderungen deines Projektes standhalten. Muss du mal danach googeln. Wir hatten sowas mal in der FH vorgehabt. Leider kenne ich die Lieferranten von früher nicht mehr.
Was hälst du denn von der Idee, durch den Düsenverschluß das Wasser zu pumpen und extern mit einem Gasbrenner zu erhitzen? So hat das mal die ERIG aus Braunschweig gemacht. Die haben glaube ich eine Ölpumpe genommen.
Da der Tank aus Stahl gemacht werden muss, wäre zu überlegen, den gleich als tragende Struktu zu nehmen. Dann kann man den auch von außen mit Gasbrennern beheizen. Die Rampe würde dann in etwa so aussehen wie die von den Russen.
Hast du schon genau Ideen oder Daten zu deiner Rakete?

Gruß

Neil

Zitat:

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Original geschrieben von Neil
Hallo,
und willkommen im Forum.

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Dankeschön!

Zitat:

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Die Idee mit der Heizspirale ist garnicht so schlecht. Es gibt Spiralen für die chemische Industrie, die den Anforderungen deines Projektes standhalten. Muss du mal danach googeln. Wir hatten sowas mal in der FH vorgehabt. Leider kenne ich die Lieferranten von früher nicht mehr.

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Danke, ich werde mal danach suchen. Ich moechte das Wasser auch zum experimentieren nur mäßig heiß machen, um nicht so viel Druck zu erzeugen, dass eine Panne gefährlich wäre. Vielleicht klappt das anfänglich ja auch mit einer "normalen" Spirale...

Zitat:

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Was hälst du denn von der Idee, durch den Düsenverschluß das Wasser zu pumpen und extern mit einem Gasbrenner zu erhitzen? So hat das mal die ERIG aus Braunschweig gemacht. Die haben glaube ich eine Ölpumpe genommen.

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Das hört sich nicht schlecht an. Ich habe auf die Schnelle keine Seite dazu gefunden. Hast Du vielleicht eine URL zur Hand?
Ich könnte mir vorstellen, dass das Probleme mit der Dichtung gibt. Also die Heizspiralen-Lösung fand ich größtenteils deshalb gut, da man nach der Erwärmung nicht mehr an den Druckbehälter muss, also irgendetwas reistecken oder rausziehen.

Zitat:

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Da der Tank aus Stahl gemacht werden muss, wäre zu überlegen, den gleich als tragende Struktu zu nehmen.

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Ja, das habe ich bisher auch so geplant.

Zitat:

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Dann kann man den auch von außen mit Gasbrennern beheizen. Die Rampe würde dann in etwa so aussehen wie die von den Russen.

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Vor dem Erhitzen von außen mit Gasbrennern habe ich ein bißchen Angst: Wie gesagt, erwärmt sich die Hülle in diesem Fall ja wesentlich stärker als der Inhalt...

Zitat:

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Hast du schon genau Ideen oder Daten zu deiner Rakete?

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Vielleicht sollte ich erst noch ein bißchen planen, und dann etwas fertiges vorstellen.

Liebe Gruesse,
Bockermann

Hallo und willkommen hier!

Bei der Aquarius wird das Wasser erst in der Rakete erhitzt! Kennst du das Video auf der
Aquarius-Seite? Guckst du hier!
Vor dem Start kann man einen Herren erkennen, der bei der Rampe die Stromversorgung zur Rakete
kappt.
Ich hatte vor etlichen Jahren mal auf der Hannoverschen Industrie-Messe die Gelegenheit, mir
die Rakete aus der Nähe zu betrachten. Das Wasser in der Rakete wird durch Heizstäbe aus einer
Waschmaschine erhitzt. Vor dem Start wird die Stromversorgung dafür halt unterbrochen.

Mit der Isolierung ist das sicher kein Thema. Man könnte ja PU-Schaum nehmen, der ist
ziemlich hitzebeständig.
Als Drucktank könnte man bei einer kleinen Rakete zunächst eine dieser Alu-Trinkflaschen
von SIGG nehmen.

Ein echt "heisses" Projekt, das sicher mit etwas mehr Aufwand verbunden ist. Aber trotzdem machbar.

Gruß Robert

Oh, das mit dem Erhitzen bei der (?) Aquarius habe ich nicht gewußt. Ich dachte, dass das wegen der aufwändigen Isolierung vorher gemacht worden wäre.

Zitat:

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Ich hatte vor etlichen Jahren mal auf der Hannoverschen Industrie-Messe die Gelegenheit, mir
die Rakete aus der Nähe zu betrachten. Das Wasser in der Rakete wird durch Heizstäbe aus einer
Waschmaschine erhitzt. Vor dem Start wird die Stromversorgung dafür halt unterbrochen.

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Weißt Du, ob die Stäbe beim Start im Tank geblieben sind?

Zitat:

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Als Drucktank könnte man bei einer kleinen Rakete zunächst eine dieser Alu-Trinkflaschen
von SIGG nehmen.

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Uff. Das müsste man testen, aber ich bin mir nicht sicher, ob die überhaupt mehr als 2bar aushalten... Hast Du schon Erfahrungen damit?

Geändert von bockermann am 08. März 2007 um 22:02

Hi,

der Arbeitspunkt einer Heißwasserrakete liegt optimaler weise über dem kritischen Punkt von Wasser. Das wäre 374,15 °C / 221,2 bar. Da die Rakete dabei etwas massiver wird, liegen die Werte meist niedriger.
Das Phasendiagramm von Wasser hilft dir da weiter. Guckst du hier.
Der Arbeitspunkt wird immer auf der Dampfdruckkurve liegen.
Wichtig ist, das du auf alle Fälle ein Überdruckventil einbaust, damit dir das Ding nicht platzt.

Gruß

Neil

@ bockermann:

Ja, die sind in der Rakete geblieben. Soweit ich mich erinnern kann, hatten die 2 Heizstäbe.
Der Tank der Rakete bestand aus S235JR (St-37, allgemeiner Baustahl). Die Düse wurde
durch eine Klammer-Konstruktion abgedichtet, die beim Start aufgesprengt wurde.

Mit den SIGG-Flaschen hab ich keine Erfahrung. Aber da die ja so einen flachen Boden haben,
werden die bestimmt keinen allzu hohen Druck aushalten können. Vielleicht 20 bar?

@ Neil:

Müssen die Werte denn so hoch sein? Theoretisch reicht es doch, wenn das Wasser über
100 Grad heiss ist und beim Druckabfall komplett verdampft, oder?

Gruß Robert

Hi,

in gewisser Weise schon. Schauen wir uns dazu zwei Werte an:

spezifische Wärmekapazität 4183 J/(kg·K) (20 °C, 0,1 MPa)
Verdampfungswärme 2257 kJ/kg bzw. 40,8 kJ/mol (bei 100°C)

Die sind jetzt leider nicht für den Arbeitspunkt angegeben, aber zeigen doch sehr gut das Problem.
Die Verdampfungswärme ist die Energiemenge die ein kg Wasser von flüssig nach gasförmig wandelt. Das was wir in so einer Rakete vor haben. Dafür wird die Energie von 2257kJ/kg benötigt.
Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wieviel Energie durch Temperaturerhöhung in Wasser gespeichert werden kann. Der Wert gilt für 20°C. Wichtig ist, das es keinen Phasenwechsel gibt. Wenn wir also 1kg Wasser einen Grad erwärmen wollen, benötigen wir 4,183kJ.
Wir müssen das Wasser so stark erhitzen um die Energie speichern zu können die benötigt wird um es zu verdampfen. Erhitzen wir es nicht genug, wird ein Teil des Wasser als Flüssigkeit austreten und keinen nennenswerten Schub liefern.

Gruß

Neil

Zitat:

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@ Neil:
Müssen die Werte denn so hoch sein? Theoretisch reicht es doch, wenn das Wasser über
100 Grad heiss ist und beim Druckabfall komplett verdampft, oder?

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Das dachte ich auch. Sicherlich ist der kritische Punkt optimal, aber zum Testen genügt doch erstmal etwas nicht so gefährliches, oder?

Ein Überdruckventil werde ich auf jeden Fall einbauen.

Liebe Gruesse,
Bockermann

Geändert von bockermann am 08. März 2007 um 22:44

Hi,

nein. Wenn du z.b. 1kg Wasser hast, was eine kleine Rakete wäre, und dieses Wasser auf 120°C erhitzt, so kannst du mit der gespeicherten Energie gerade mal ca. 37g Wasser verdampfen. Der Rest tritt dann flüssig aus. Das Problem ist der Phasenwechsel der viel Energie benötigt.
Meine Rechnung bezieht sich jetzt auf die Wärmekapazität bei 20°C und normalem Druck. Der Wert sieht bei höheren Temperaturen und Drücken mit Sicherheit anders aus.
Erst bei dem kritischen Punkt ist soviel Energie im System gespeichert, dass das komplette Wasser verdampfen kann.
Du mußt aber kein Wasser nehmen. Wie wäre es mit druckverflüssigtem Gas? N2O hat z.B. bei 72bar und 36°C den kritischen Punkt. Du mußt dir mal bei Wikipedia verschiedene Gase anschauen die man so flüssig bekommt. Propan oder Butan. Dort ist dann auch angegeben was die für kritische Punkte haben und welche Wärmekapazitäten. Das ist dann zwar kein Heißdampftriebwerk, aber dafür hast du angenehmere Betriebsparameter.
Aber auch die für Wasser sind machbar. Du mußt eh Kesselstahl nehmen. Aluminium wird schon bei 170°C so weich, das man es nicht mehr nutzen kann und so groß sind die Wandstärken nicht, das du wer weiß was für schwere Behälter bekommst. Wenn du die Möglichkeit hast zu drehen, was hier von Vorteil ist, kannst du alles ja noch herunter drehen. Du brauchst im Prinzip nur ein Rohr und zwei passende Kalotten dafür. Schwierig wird die Düse mit dem Verschluß. Aber das Problem hast du immer.

Gruß

Neil