Raketenmodellbau.org Portal > Forum > Wasserraketen > Raketenbau > Steigerung der Raketeneffizienz durch eine längere Beschleunigungsstrecke für das Wasser?
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MarkusJ

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Beitrag 127755 , Steigerung der Raketeneffizienz durch eine längere Beschleunigungsstrecke für das Wasser? [Alter Beitrag27. August 2007 um 13:52]

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Hallo WaRa-Gemeinde,

aus der Diskussion mit Grünschnabel ist nach längerer Betrachtung meiner Formeln folgende Feststellung entstanden: je größer die Strecke, die das Wasser _vor_ dem Austritt aus der Rakete/düse, zurücklegt, desto höher ist die Austrittsgeschwindigkeit.
Daraus resultiert die direkte Schlussfolgerung, dass Raketen mit langen (Batkiter!) Düsen, oder einem entsprechenden innenliegenden Einbau, viel Effektiver mit ihrem "Treibstoff" umgehen, weil eben jener auf deutlich höhere Geschwindigkeiten beschleunigt wird!

Mal einige der Formeln (alles nur vereinfachte Modelle):
Austrittsgeschwindigkeit v = sqrt(2*p*A*s/m)

Geschwindigkeit der Rakete v(Rak)=v(Wasser)*m(Wasser)/m(Rak)

Es folgt ganz klar, dass wir die Geschwindigkeit durch drei Faktoren erhöhen können: Druck, Fläche und Beschleunigungsstrecke ... und hier setze ich an!

Ich habe mit mal folgende zwei Konstruktionen ausgedacht:

Variante eins ist relativ einfach aufgebaut, hat allerdings den Nachteil recht hoher Strömungsverluste (also Suboptimal):


Variante zwei ist deutlich komplexer, kann dafür eine wesentlich größere Strecke zum Beschleunigen nutzen, da am oberen Ende ein sanfter Übergang ist ... diese Variante sollte sich z.Bsp mit einem Schlauch umsetzen lassen.


Natürlich kommt jetzt auch wieder die WaRa-Variante mit hochgelegtem Wassertank ins Spiel, die in meinen Augen allerdings ein schlechtes Aufwand/Nutzen Verhältnis hat.

mfG
Markus

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Henning

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Beitrag 127756 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:10]

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Hi,
Das sieht ja spektakulär aus smile
Man könnte ja einfach ein Rohr in der Mitte machen und von da aus um das Rohr gewickelt ein Schlauch (Druck muss er ja nicht aushalten)
Es gibt ja solche Speise/Getränkeschläuche in Baumärkten (habe ich jedenfalls mal gesehen)
Wenn ich ja nochmal hinkomme schau ich mal danach.

Viele Grüße
Henning

Geändert von Henning am 27. August 2007 um 14:11

MarkusJ

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Beitrag 127758 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:26]

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So in der Art ist auch Variante zwei gemeint.
Nur: Der Schlauch sollte nicht unter dem Druck nachgeben können, und der Kurvenradius sollte möglichst hoch sein ... das verringert die Verluste und erhöht die Länge der Strecke ...

mfG
Markus

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Reinhard

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Beitrag 127759 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:26]

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Hi,

Wasser ist eine (fast) inkompressible Flüssigkeit. Wie soll das Wasser am Ende des Schlauchs schneller sein als am Eingang? Der einzig messbare Effekt wird ein erhöhter Strömungswiderstand sein.

Gruß
Reinhard
MarkusJ

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Beitrag 127760 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:29]

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Es geht ja nicht um das kompressible, sondern darum, dass der Luftdruck länger auf das Wasser einwirkt, und somit eine längere Beschleunigungsphase gegeben ist!
Wer sagt denn, dass am Eingang die Geschwindigkeit eine andere ist, wie am Ausgang?
Es macht (in meinen Augen) nur einen Unterschied, ob das Wasser auf 10 cm "angeschoben" wird, oder auf 50 cm!

mfG
Markus

Nachtrag: Um den Gedankengang zu illustrieren:
Die Grundannahme ist, dass ich meine Wassermenge im Endeffekt als Säule betrachten kann, weil nämlich genau das entsteht, eine Wassersäule.
Der einzige Unterschied zwischen Kurzdüsen und auf irgend eine Art verlängert Düsen besteht also darin, dass das Wasser eine längere Strecke zurücklegen muss und somit mehr Zeit im Einflussbereich des Luftdrucks verbringt.

Geändert von MarkusJ am 27. August 2007 um 14:39


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Beitrag 127762 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:39]

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Wie groß würdest Du den Schub-"gewinn" den erwarten? Oder anders gefragt. Wie groß sind denn die Verluste bei derzeitigen Systemen und wieviel könnte man durch bauliche Änderungen kompensieren?

Gruß Marco
MarkusJ

Gardena Master of Rocketry


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Beitrag 127763 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:47]

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Keine Ahnung, wenn ich mir die Formel ansehe, die ja Strömungsverluste nicht betrachtet, so sollte eine vervierfachung der Länge eine Verdoppelung der Austrittsgeschwindigkeit bringen ... und somit eine Verdoppelung des Topspeeds.
Natürlich werden diese Steigerungen geringer Ausfallen, aber es besteht doch ein gewisses Optimierungspotenzial ... wenn ich keinen Denkfehler eingebaut habe!

mfG
Markus

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Reinhard

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Beitrag 127766 [Alter Beitrag27. August 2007 um 14:55]

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Den hast du. ;-)
Würdest du annehmen wollen dass man mit einer beliebig langen Düse beliebig viel Energie aus dem Tank rausholen kann? (Ohne Verluste gerechnet natürlich)

Im Grunde genommen ist es eine einfache Frage der Energieerhaltung. Ich habe das gerade hier erörtert.

Gruß
Reinhard
Henning

Wasserraketenbauer

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Beitrag 127769 [Alter Beitrag27. August 2007 um 15:35]

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Hi,
Ich kenne noch einen Effekt, den man sich bei dem zu nutzen machen kann. Undzwar kann jeder das mal ausprobieren wenn man auf einem spielplatz auf so einer Drehscheibe ist und in die Mitte geht wird man immer schneller. Also müsste der Schlauch Spiralförmig zur Düse immer enger gewickelt sein vielleicht sogar in so einer Weise:


Vile Grüße
Henning
MarkusJ

Gardena Master of Rocketry


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Beitrag 127770 [Alter Beitrag27. August 2007 um 15:41]

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Nein, das ganze galt auch nur für die Vereinfachung, dass der Druck im Tank (annähernd) konstant ist.
Wenngleich mir die Gesetze der Energieerhaltung geläufig sind, so bin ich gerade noch ein wenig am Zweifeln, ob diese Herangehensweise funktioniert.
Irgendwie hab ich gerade nen Knoten im Kopf^^.
Naja, wäre aber auch zu schön gewesen, wenns einfach so funktioniert ...

mfG
Markus

EDIT@Henning: Warum sollte man die Umdrehungsgeschwindigkeit steigern wollen, das erhöht doch nur die Reibungsverluste? Es geht doch darum, einen möglichst _weiten_ Bogen zu haben!

Geändert von MarkusJ am 27. August 2007 um 15:42


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