Hallo,
schon vor einiger Zeit bin ich im Forum auf diese Idee gestoßen. Nun möchte ich sie am Nikolaunch testen. Dafür werde ich an meiner Small-Endeavour ein Rohr befestigen, das einen größeren Durchmesser als das Körperrohr hat, und dessen Anfang ca. 15cm vor dem Heck, und dessen Ende ca. 50cm hinter dem Heck ist. Als Rohr habe ich vor ein leichtes GFK Sandwich zu verwenden, kommt allerdings auf den Durchmesser an, denn wenn es zu nahe am Motor ist, wird es warscheinlich brennen. Ich bin mir auch noch nicht sicher, wie ich den Durchmesser dimensionieren soll, also wie groß die Differenz zum Körperrohr sein soll. Außerdem frage ich mich, ob das Rohr sich nicht negativ auf die aerodynamische Stabilität der Rakete auswirkt. Nach der Schattenmethode ist die Rakete jetzt natürlich stabiler, aber das Rohr ist ja aerodynamischer bei seitlicher Anströmung, und verdeckt einen Teil der Flossen. Ich habe nicht vor, eine Düse zu verwenden, da ich denke, dass der Effekt darauf beruht, dass der Abgasstrahl die Luft mitnimmt, und durch das Rohr diese nur von oben ansaugt, so dass Schub bzw. Sog entsteht. Evtl. baue ich noch ein zweites Rohr, mit einem Konischen Ende, so dass eine Düse simuliert wird, es geht mir ja nur um eine ungefähre Überprüfung des Effekts
Des weiteren habe ich vor, die Strömungsgeschwindigkeit zwischen Körperrohr und dem Mantelrohr zu messen. Dazu soll ein Differenzdrucksensor den Staudruck, der strömenden Luft mit dem Luftdruck in besagter Zone vergleichen. Aufgezeichnet sollen die Daten von dem Messsystem werden. Ferner soll der Druck hinter dem Heck der Rakete gemessen werden, dieser soll mit dem Luftdruck in der Höhe verglichen werden, und auch vom Messystem aufgezeichnet werden.
Die Small Endeavour werde ich noch auf Dual-Deployment aufrüsten, da sie mit dem Langbrenner wahrscheinlich etwas höher fliegen wird. Als Motor werde ich den BC 125 Stirnbrenner verwenden. Die Höhenmessung und der Auswurf des Hauptschirms soll mit dem Salt micro erfolgen, die Zellteilung am Gipfelpunkt mit einem G-wiz.
Es gibt aber noch Probleme: Zum einen die Zeit, der Nikolaunch ist ja schon in zwei Wochen. Ich habe die benötigten Teile bei Jürg per Email bestellt, und hoffe, dass er bald liefert, ich weiß auch nicht, wie lange die Post brauchen wird. Bis jetzt habe ich noch keine Antwort erhalten. Davon hängt es ab, ob der Versuch am Nikolaunch durchgeführt werden kann oder nicht, wenn nicht ist es nicht schlimm, die BC125 Langbrenner kann ich ja jetzt lagern, und dann würde ich das Experiment erst in der nächsten Saison durchführen. Ein technisches Problem stellt noch das Messystem dar, wobei es eigentlich ein Kenntnisproblem von mir ist. Ich weiß z.B. nicht, wie ich die Codes von einer Infrarotfernbedienung ermitteln kann, womit das Messystem ja angesteuert wird. Einen Quellcode hat mir Scorpion_XIII dankenswerterweise zur Verfügung gestellt, ich muss ihn nur noch abändern. Ich stelle ihn aber vorerst nicht zur Diskussion, da ich nicht weiß, ob er mit einer Veröffentlichung einverstanden ist.

Das hört sich ja echt interessant an!
Bin sehr gespannt auf die ersten Messergebnisse. Code kannst du gerne veröffentlichen, ich habe mir auch nicht alles ausgedacht, eher zusammengesucht
Effizient ist er sowieso nicht, aber bei Problemen helfe ich gerne.
Zum Thema Fernbediehnung; da hatte ich mir ein kleines Programm geschrieben, was bei Tastendruck den jeweiligen RC5-Code auf dem LCD ausgibt (Es gibt manchmal für eine Taste irgendwie 2 Codes, die beide das selbe bedeuten, meine Fernbediehnung hat da zufälligerweise immer mal gewechselt. Warum, keine Ahnung.)

Gruß
Scorpion_XIII

Durchaus interessant.

Zu der Düse habe ich noch folgenden Gedanken: Je nachdem wie groß der Anteil des Sekundärmassestroms (also das was "angesaugt" und nicht vom Raketenmotor ausgestoßen wird) ist, haben die Gase weder eine hohe Geschwindigkeit noch einen hohen Druck. Eine konvergent-divergente Düse würde also überhaupt nichts bringen; eine leicht konvergente Düse könnte jedoch die Geschwindigkeit der Gase etwas erhöhen, man müsste darauf achten dass im Austrittsquerschnitt immer noch mindestens atmosphärischer Druck herrscht.

Da das alles aber sehr viele Variablen sind, die man nicht genau kennt, ist der erste Schritt ohne Düse wohl der Beste.

Oliver

Danke für euer Feedback! Leider funktioniert bei meinem Messsystem das Display nicht, und ich sehe keine Möglichkeit, das Problem in der kürze der Zeit zu beheben. Ich werde also ohne Display und Infrarotfernsteuerung fliegen. Kann ich eigentlich die Daten auch per ISP auslesen, ohne dass der µC den Sendebefehl bekommt? Ich würde das Programm dann nämlich einfach auf das Einlesen von Daten reduzieren, das mit dem Anschalten beginnt.
Naja, wenn es grad am Schiefgehen ist: Das Epoxy des Sandwiches wird nicht hart, und der Härter stinkt nach Mist. Ich werde mir gleich neuen bestellen, werde aber kein Balsa-Sandwich mehr machen, sondern mangels Zeit nur noch ein selbstgewickeltes Papprohr laminieren.

Nach einer längeren Pause geht es nun weiter. Die Starts sollen am Solaris-Flugtag stattfinden. Ich habe nun eine neue Rakete gebaut, die einen Durchmesser von nur 42mm hat und mit einem BC-125 fliegen soll. Das Abfluggewicht der Rakete ist mit dem Mantel-Experiment ca. 950g. Um Gewicht zu sparen, habe ich als einziges Instrument den AGM Altimeter eingebaut. Somit sollte die Rakete auch auf dem Langbrenner fliegen können. Ich werde aus Aluprofilen eine 3m lange Rail bauen, wobei die Rakete zwischen drei Aluprofilen geführt werden soll. Railbuttons sind aufgrund der Röhre nicht möglich. Mit einem Langbrenner sollte die Geschwindigkeit der Rakete rechnerisch (Reibung und Luftwiderstand vernachlässigt) 13,8m/s betragen. Sie ist also knapp stabil. Einen ersten Start möchte ich deshalb mit einem BC 80 mit Minipeak durchführen, damit die Rakete etwas schneller ist. Zunächst ohne Experiment, dann mit Experiment. Nun sollen zwei Flüge mit einem BC80 ohne Minipeak erfolgen. Wenn ich dann noch Zeit habe und alles nach Plan verlaufen ist, habe ich vor noch zwei Flüge auf dem BC 125 Langbrenner durchzuführen.
Es gibt jedoch noch eine offene Frage: Wie sieht es mit der Stabilität der Rakete aufgrund der Röhre am Heck aus? Ich denke nicht, dass ich einfach die Schattenprojektion der Röhre zur Berechnung heranziehen kann, da sie ja aerodynamischer ist, als ihr Schatten. Eine Flosse hat einen cw-Wert von ca. 1.1, von einem senkrecht zur Strömungsrichtung stehendem Kreiszylinder habe ich im Internet nur die Angabe gefunden, dass der cw-Wert zwischen 0,63 und 1,2 liegt. Ich würde also zunächst einmal den genauen Wert benötigen. Dann würde ich das Verhältnis der cw Werte von einer Flosse und des Zylinders nehmen und dieses Verhältnis dann auch auf die Schattenflächen der beiden anwenden. Die errechnete Flossenfläche gebe ich dann in Space-Cad ein, wobei der Mittelpunkt der Flossen dort liegt, wo der Mittelpunkt des Zylinders liegen würde. Dann werde ich die Überstabilität durch Flossen nahe der Spitze ausgleichen.
Eigentlich müsste ich ja sowohl die Zylinderaußenseite als auch die Zylinderinnenseite der gegenüberliegenden Hälfte in der Stabilitätsberechnung berücksichtigen. Da mir aber die Überstabilität Sorgen bereitet, sollte nur die Außenfläche in die Berechnung einfließen, da der Wind, für welchen überstabile Raketen anfällig sind, ja nur von der Seite kommt und somit die Zylinderinnenseite nicht anströmt.
Ich würde mich über eure Meinung freuen, sei es Kritik der niedrigen Startgeschwindigkeit, oder seien es Vorschläge zur Stabilitätsberechnung.

Moooment! Stabilität wird durch Auftrieb an den Flossen erzeugt, nicht durch deren Widerstand (höchstens marginal). Vergiss den also.

Zur Stabilität von Tube Fin- und Ring Tail-Raketen findet man offenbar nur bei Apogee etwas: http://www.apogeerockets.com/simulating_tube_fins.asp Leider ist da keine Herleitung dabei, man kann also nicht sagen warum es funktioniert, sondern nur dass in den geschilderten Fällen funktioniert hat.

Es gibt noch ein Dokument vom DLR (oder damals noch DFVLR?) über die potentialtheoretische Strömung um Ringquerschnitte (vor allem für Turbineneinlässe u.ä.), das würde hier weiterhelfen, ich habe das aber nicht (mehr) hier, und es war zudem etwas zu "hoch" für Leute die sich damit nicht beruflich auseinandersetzen.

Da Du nur eine einzige Röhre hast (wenn ich Dich richtig verstanden habe), würde ich folgendermaßen vorgehen: Ich schaue mir an jeder Stelle am Umfang der Röhre an, welchen Winkel sie dort relativ zur der "Ersatzflosse" hat, mit der wir ihre Wirkung modellieren wollen. Liegt sie parallel, ist die Wirksamkeit 1, liegt sie senkrecht dazu, ist die Wirksamkeit 0, liegt sich schräg, ist einmal die effektive Länge und einmal die Richtung der resultierenden Kraft interessant: Die Wirksamkeit ist dann wohl sin^2 phi, wenn die Ersatzflosse auf phi = 0 liegt. Diese Wirksamkeit wird über den Umfang der Ringflosse integriert und ergibt als Ersatzspannweite für die Flosse 3,142 r (mit dem Radius der Röhre r). Dies gilt für Raketen mit vier Flossen, jede davon hat also eine Spannweite (Körperrohr-Spitze) von 1,571 r.

Wenn ich Bruce Levisons Artikel im Newsletter 27 (http://www.apogeerockets.com/education/downloads/Newsletter27.pdf) richtig überflogen habe, kommt er zu einem ähnlichen Ergebnis. Du kannst Dir ja alles mal zu Gemüte führen und dann weitere Überlegungen anstellen.

Oliver

Geändert von Oliver Arend am 26. Juli 2008 um 18:19

Danke, Oliver! Dass die Stabilität vom Auftrieb der Flossen erzeugt wird war mir bewusst. Mein Problem war die Überstabilität und da lag mein Denkfehler: ich dachte, dass bei Überstabilität nur die Seitenwindeinflüsse schädlich wären. Zur Betrachtung dieser würde, glaube ich, der Luftwiderstand ausschlaggebend sein. Beim Lesen deiner Zeilen glaubte ich mich aber daran erinnern zu können, dass Überstabilität ja auch zu einem Aufschwingen des Modells führt, was in der Tat am Auftrieb der Teile liegt.
Deinen Ansatz kann ich teilweise nachvollziehen, die Zeichenkombination &#966 sagt mir jedoch nichts.

Stabilität und Überstabilität sind grob gesagt dasselbe. Der Widerstand bremst nur Deine Rakete ab, sonst tut er gar nichts.

Die Zeichenkombination war mal ein phi, allerdings wird das nicht richtig übersetzt (wird Zeit für ein LaTeX-Plugin fürs Forum, evtl. mal bei Physicsforums.com nachfragen). Phi soll der Winkel in der Ebene senkrecht zur Längsachse der Rakete sein.

Oliver

Also die Theorie bzgl. der Stabilität scheint zu stimmen. Ich habe mir mal schnell unter Berücksichtigung dieser Theorie ein T1 Modell gebaut, welches dann auch stabil flog. Beim Start wehte sogar ein mittelmäßiger Wind. Die Messergebnisse des Salt sind aber ziemlich suboptimal. Die Rakete erreichte ca. 70m statt der errechneten 119. Noch habe ich den cw Wert der Rakete nicht aus den Daten herausgerechnet, aber ich bezweifle, dass es nur am erhöhten Luftwiderstand des Mantels liegt. Viel mehr denke ich, dass die Antriebsleistung des Motors durch den Mantel gedrosselt wird. Aber der schaldämpfende Effekt eines Manteltriebwerks trat ein

Ich habe mir gerade die Salt Dateien zu Gemüte geführt. Also mit der Höhe bin ich mir nicht mehr sicher. Die Höhe bleibt am Ende für eine Sekunde konstant auf 66,6m, steigt dann bei einem Messwert auf 68,7m, um dann abrupt auf 4,2m abzufallen. Es kann sein, dass es Probleme mit der Spannungsversorgung gegeben hat, wobei das Protokoll an sich eigentlich fehlerfrei ist. Bei einer Spannungsunterbrechung müsste der Salt eigentlich mindestens einen neuen Flug angefangen haben. Die ganze Rakete wurde sehr quick and dirty angefertigt, es war mir ja eigentlich nur die Stabilität wichtig. Dann hab ich mich spontan dazu entschlossen, in der Spitze noch den Salt mitfliegen zu lassen. Die Kabel habe ich nur an die Batterie getapet. Genauere Werte wird es dann vorraussichlich nach den Flugtag in Manching geben.