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Peter

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Veröffentlicht am Montag, 25. Februar 2002 - 22:36 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Vor einiger Zeit bin ich über das Thema Modellraketen gestolpert, seit her ist meine Faszination zu diesem Thema aufgeblüht. Sicherlich kamen auch Gedanken an frühere Zeiten, doch ´mal zu Silvester zwei Raketen übereinanderzusetzen um nur eine Leuchtkugel möglichst hoch zu bekommen, in Erinnerung. Das ist wohl vieele Jahre her. Seit jenem Abend als ich Euer Forum fast in einem Rutsch las, beschäftigt mich der Gedanke permanent:

Hmm, manch einer möchte Mücken hochschießen, auch der Gedanke eine Muschi zum wiederauffinden zu nutzen, nun ja wenn man es mit dem nötigen Humor betrachtet ( und der fehlt in Eurem Forum nun wirklich nicht ;) ), so macht das Lesen Spaß. Dennoch wurde eindeutig gesagt, daß das Fliegen von Modellraketen nicht allzu spektakulär ist. Schon gar nicht sollte es mit Pyrotechnik zu Silvester verwechselt werden.

Mein Frage ist: worin besteht eigentlich das Ziel des Modellrakentenfliegens, was gibt dem Konstrukteur einer Rakete den größten Kick? Das Problem daß sich auf dem Zenith der Fallschirm öffnet dürfte alleine duch die Verzögerungszeiten der Ausstoßladungen in den genutzten Motoren lösen lassen, wäre also nicht gerade das Neue an der Sache.

Ein anderer Kommentar besagt sinngemäß: „Modellfliegen war für mich nichts... Modellraketen sind da einfacher, auch wenn sie nach dem Start sich selbst überlassen sind.“ Sollte ein möglichst gerader Steigflug bis zum Zenith das angestrebte Ziel sein, so ist es der intensiven Vorbereitung bis zum Start der Rakete überlassen, mehr kann man nicht machen. Ab dann ist es Zufall, ob eine Windböe die Rakete dazu bringt sich in den Wind zu legen und die Richtung zu ändern.

Also Raketen habe ich bisher keine gebaut. Modellfliegen gehörte früher einmal zu meinen Hobbys. Beim Modellfliegen habe ich Kontrolle während der Flugphase anhand von Servos, die auf Schub, Quer- Höhen und Seitenruder einwirken. Warum aber sollte das Problem eines möglichst steilen Aufstieges dem Wind überlassen bleiben? Sicherlich können Fernsteuerungen hier nicht zum Einsatz kommen, dafür wäre der Aufstieg einer Rakete zu rasant, und das Gewicht von Servos mit Sicherheit zu hoch.

Wenn ich versuche das Problem zu analysieren, komme ich zu dem Ergebnis: wie die Stellung eines Wetterhahnes, wie beim Flug eines Drachen, wird der Wind die Richtung derart beeinflussen daß er die leichte Seite eines Objektes in seine Richtung dreht. Das werden in aller Regel die Flügel einer Rakete sein, so daß die Spitze und somit die Flugrichtung entsprechend gegen den Wind gedreht werden.

Doch das Problem läßt sich vielleicht in sich selbst lösen: es gilt dem Wind gegenzusteuern. Also eine Rakete zu bauen, die selbständig versucht die vertikale Richtung nach oben wiederzufinden. Was wir dabei wissen ist:

- die Schwerkraft wirkt senkrecht nach unten

- die einzige Kraft mit der gegengesteuert werden könnte befindet sich im Motor der Rakete, und dieser sollte eigentlich fest angebracht sein. Denn je nach Leistung ( A / B / C... ) wirken von ihm ausgehend imense Kräfte auf das Objekt ein.
Das Problem ist also, die enormen Schubkräfte eines Motors den winzigen Kräften eines auf die Schwerkraft wirkenden Teiles innerhalb der Rakete anzupassen und die Wirkrichtung des Motors durch die Kräfte der Schwerkraft zu beeinflussen.

Vorraussetzung für diesen Gedanken ist, daß ein Motor der sich in seiner Längsachse bewegen läßt auch in der Lage ist die Fugbahn zu beeinträchtigen.

Wie kann also z.B. eine kleine Metallkugel, die a.G. der Schräglage einer Rakete ihre Position verändert die Schubrichtung eines Motors beeinflussen? Sie muß schnell reagieren, da solch ein Flug nicht allzulange dauert und hohe Geschwindigkeiten erreicht. Sie darf nicht zu sehr reagieren, ansonsten bekäme man etwas in der Art wie einen Silvesterkreisel... ;)

Der Ansatz zur Lösung besteht darin: der Motor der Rakete muß beweglich aufgehängt werden. Über diese Aufhängung wird auch der volle Schub auf die Rakete übertragen.

Bild1

Anhand zweier Ringe läßt sich eine Bewegungsfreiheit darstellen. Der rote Ring ermöglicht hier eine rechts-liks-, der blaue oben-unten-Drehung.

Die Ringe wiederum sind in einer Hülse, nach oben offen ( Ausstossladung ) befestig, die einen Motor entsprechender Größe aufnehmen kann...

Der Motor sollte dabei möglicht tief fixiert werden. Durch die grünen Pfeile angedeutet hat der Motor hier Bewegungsfreiheit.

Der innere Ring ( hier rot gekennzeichnet ) enthält eine Hülse die den Motor aufnehmen und halten kann; ist a.G. der Ausstossladung jedoch nach oben offen.

Gerät die Rakete nun in Schräglage, so wird der obere Teil der Schwerkraft folgen und die Ausstossrichtung in die entgegengesetzte Richtung drängen. Durch experimentieren sollte es möglich sein den Punkt (A) so einzustellen, daß
( nach oben verschoben ) das Prinzip im Grunde eine vertikale Auftiegsrichtung einhält.

Bild2

Im Grunde dürfte die „Selbstaufrichtung“ in Schräglage wie folgt wirken: Der Motor kippt in Richtung Schräglage, der Antrieb steuert gegen.

Jedoch steht nach der Theorie die Praxis, derweil es aber anscheinend Tüftler genug gibt wäre es vielleicht ein Gedanke, der sich zu verfolgen lohnt.

Bild3
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Zink (Zink)

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Veröffentlicht am Dienstag, 26. Februar 2002 - 11:45 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Hallo Peter,
Du schreibst in Deinem Beitrag:

„Worin besteht eigentlich das Ziel des Modellrakentenfliegens, was gibt dem Konstrukteur einer Rakete den größten Kick? Das Problem daß sich auf dem Zenith der Fallschirm öffnet dürfte alleine duch die Verzögerungszeiten der Ausstoßladungen in den genutzten Motoren lösen lassen, wäre also nicht gerade das Neue an der Sache.

Ein anderer Kommentar besagt sinngemäß: „Modellfliegen war für mich nichts... Modellraketen sind da einfacher, auch wenn sie nach dem Start sich selbst überlassen sind.““

Meine Antwort ist folgende. Ich tüftle mir etwas aus. Dann bastele ich über Stunden und Tage. Danach wird voller Spannung der Wetterbericht und mein geschäftlicher Terminkalender verfolgt, um dann innerhalb von ca. 6 Sec. zu überprüfen ob das „System“ passt oder ob ich Schrott produziert habe. Der Kick ist für mich, dass ich vorher alles richtig berechnet habe und hoffentlich alles berücksichtigt habe. Danach kann ich nicht mehr korrigierend eingreifen.
Nun fängst auch Du genau damit an und überlegst: Wie könnte was funktionieren?

Zu Deinen Überlegungen folgendes.

„...Ab dann ist es Zufall, ob eine Windböe die Rakete dazu bringt sich in den Wind zu legen und die Richtung zu ändern....“

Eine Rakete erreicht Geschwindigkeiten von weit über 300 km/h, im Vergleich erreicht eine Windböe bei Stärke 4 nicht einmal 30 km/h. Das bedeutet, dass eine Rakete in ihrem eigenen Fahrtwind fliegt und verhältnismäßig wenig vom Wind beeinflusst wird. Deshalb muß die Rakete auch beim Start geführt werden. Beim Verlassen der Führung
sollte sie mindestens 40 km/h erreicht haben.

Im Anschluss beschreibst Du eine kardanische Triebwerksaufhängung um die Richtung der Rakete durch eine Lenkung des Treibstrahles zu korrigieren. Die Kraft die Du zur Lenkung benutzen willst ist die Erdanziehung (9,81 m/s² senkrecht nach unten gerichtet – im Gegensatz Beschleunigung bei Modellraketen zum Teil über 400 m/s² in Schubrichtung).
Die kardanische Triebwerksaufhängung finde ich auch faszinierend. Aber zum Anlenken denke ich wirst Du um eine Kreiselsteuerung nicht herumkommen. Während der Beschleunigung herrscht in der Rakete eine eigene Schwerkraft. Dabei musst Du aber bedenken, dass der die Schubfase bei Modellraketen nur zwischen 0,4 (A) und 1,6 Sec. (D) dauert. Danach geht die Rakete in einen ballistischen Flug über und Du könntest sie höchstens über Flossen steuern.
Als Ergebnis denke ich, dass die aktive Steuerung bei Modellraketen nur wenig Sinn macht. Besser ist es sich Gedanken über eine Stabilisierung z.B. durch die Flossengestaltung zu machen (Stichwort Drall).
Die aktive Steuerung macht, meiner Meinung nach, frühesten bei Experimentalraketen Sinn.
Übrigens eine tolle Seite über Grundlagen von ballistischen Raketen findest Du bei der ERIG. Hier der Link - http://www.tu-bs.de/studenten/erig/Lehre_Grundlagen.html
Ansonsten vielen Dank für einen so konstruktiven Beitrag. Viel Spaß und Grüße, Andreas
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Oliver Missbach [Sysop] (Oliver)

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Veröffentlicht am Freitag, 01. März 2002 - 13:27 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Was Andreas geschrieben hat, ist ein ganz wichtiger Aspekt: Bei Modellraketen läßt sich, nach dem Start, nichts mehr "steuern". Das macht einen großen Teil des Reizes aus. Was ich auch noch faszinierend finde ist der "Kick", der von einem Raketenstart ausgeht: Diese massive Beschleunigung und die Power, die dahintersteckt.

Auch wichtig für mich: Im Modellraketenflug kann man auch mit einfachen Mitteln und sehr schnell viel Spass haben und hat trotzdem enorme Erweiterungsmöglichkeiten (wahrscheinlich ist das auch der Grund, warum viele Modellraketenflieger auch keine typischen Modellbauer sind). Sinn einer Freizeittätigkeit? Für mich steht dabei der Spass im Vordergrund: In meiner Freizeit möchte ich einer Beschäftigung nachgehen, die mir Freude bereitet und mich interessiert. Ich persönlich erhebe dabei auch keinen pseudowissenschaftlichen Anspruch: Ich lerne gerne soviel wie möglich über das Hobby, aber wenn ich Raketenflug profimäßig ausüben wollte, würde ich es zum Beruf machen.

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