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Robert

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Veröffentlicht am Sonntag, 18. Februar 2001 - 17:20 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Hi
giebt es Anhaltspunkte zum bestimmen des CW-Wertes ???????


Robert
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Oliver Missbach [Sysop] (Oliver)

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Veröffentlicht am Montag, 19. Februar 2001 - 21:48 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Es gibt so ein paar Anhaltspunkte, wonach der cw-Wert einer Modellrakete etwa zwischen 0,3 und 0,7 liegt. Von Estes und Centuri gibt es darüber Technical Reports, die müssen irgendwo auf den Webseiten von JimZ zu finden sein.
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Johannes Haux (Johannes)

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Veröffentlicht am Dienstag, 20. Februar 2001 - 07:32 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Robert,

das Problem ist, dass der cw Wert in den meisten Programmen als universeller Korrekturfaktor fuer falsche Programmierung herhalten muss.

Je nach Programm ist fuer ein glattes Rohr (einfache Rakete) zwischen 0,45 und 0,65 einzugeben um auf halbwegs richtige Hoehen zu kommen.
Der Wert von 0,45 ist ungefaehr richtig.
Ein Modell mit 'Boattail' hat 0,35 - 0,4.
0,3 Erreicht man nur mit sehr 'sauberen' Modellen und entsprechenden Spitzen.
Der cw Wert aendert sich auch waehrend des Fluges: So lange das Modell unter Schub fliegt ist er geringer als in der Freiflugphase. Die Stroemung ist wesentlich anders.
Eine Rolle spielt auch, ob der Motor (die Motoren) den gesamten Heckbereich abdecken. Bei gleichem Modell mit gleichem Leistungsgewicht ist es ein grosser Unterschied ob ein zentraler Motor oder 10 gestreute.

Gruss Johannes
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André Rohr (Andre)

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Veröffentlicht am Dienstag, 20. Februar 2001 - 19:24 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

johannes,
ist der cw wert bei schub anders als bei freiflug, weil sich hinter der rakete ein kegel aus gasen bildet? also wie bei einem boattail? dann können sich weniger wirbel bilden, im gegensatz zur freiflugphase...
und nochwas: mit rocksim lässt sich der cw wert des modells berechnen. ich dachte um die schallgeschwindigkeit herum macht er einen sprung nach oben, um danach bei grösserer geschwindigkeit wieder ein wenig zu sinken. das programm macht aber nur bei 0-100km/h grosse sprünge, danach ist fast kein unterschied mehr beobachtbar...

gruss
andre
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Johannes Haux (Johannes)

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Veröffentlicht am Mittwoch, 21. Februar 2001 - 08:05 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Andre,

ich kenne Rocksim nicht. Daher weiss ich auch nicht was das Teil rechnet.

Zur Theorie: Der cw-Wert steigt mit Annaeherung an Mach-1 fast expotential an um danach wieder stark abzufallen.
Aus Beobachtungen weiss ich, dass ein zentraler AT-Motor immer ein 'angesengtes' Heck verursacht. Umso mehr je groesser der Heckdurchmesser ist (also groesserer Luftwiderstand). Bei gleichem Rumpfdurchmesser und einer Buendelung ist das weit weniger (solange man nicht mit der Methode 'Torwald' zuendet) -> Daraus schliesse ich auf weniger Luftwiderstand.

Tom (S)/Andrea Ihr seid doch an der Uni - koennt Ihr hierzu genaue Infos besorgen???

Gruss Johannes
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Thomas Stach [Moderator] (Toms)

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Veröffentlicht am Samstag, 24. Februar 2001 - 19:58 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Hallo,
also - ich habe mal versucht, mich ein weing schlau zu machen.
Auch wenn die Materie relativ komplex ist, kann man doch einige Punkte zusammenfassen:

1.) Der Cw-Wert oder Strömungsbeiwert hängt neben den geometrischen Grundparametern des Modells, wie Form und Grösse, im wesentlichen davon ab, ob eine ideal-nichtviskose Strömung vorliegt, oder sich am Modell Turbulenzen bilden. Daraus folgt

2.) daß mit allen Designparametern und der individuellen Qualität des Finishs eine so grosse Anzahl von Variablen vorliegt, daß sich kaum ein exaktes Modell zur Berechnung finden lassen wird. FEM-Berechnungsmodelle haben hier zwar Fortschritt gebracht, aber einen Supercomputer wie bei der DLR dürften wir kaum in die Finger bekommen.

Letztlich ist der Cw-Wert also eine experimentell bestimmbare dimensionslose Größe - man denke nur an die Windkanalversuche der Automobiloindustrie!


Auch als Modellbauer kann man durchaus experimentell verfahren, indem man das Modell eben fliegt, die Höhe möglichst genau misst, und dann den Cw-Wert mit der Strömungsgrundgleichung ermittelt, die wir alle kennen:

D= 0,5 p v^2 Cw A

D Drag Strömungswiderstand = Summe der Reibungskräfte
p rho Luftdichte
v velocity Geschwindigkeit
A area Frontalfläche des Modells

Dimensionskontrolle: kg/m^3 m^2/s^2 m^2 = kg m^4 / m^3 s^2 = kgm/s^2 = N
(^ = alle Zahlen Exponenten)

Die Strömung hat also die Dimension einer Kraft!

Die Gleichung zeigt vier Dinge:

-Die Strömung nimmt mit der Luftdichte zu.
Also an warmen Tagen in der Schweiz fliegen gehen!
-Die Strömung nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu - verdopple die Geschwindigkeit und die Strömung vervierfacht sich!
-Die Strömung nimmt direkt mit größerem Cw-Wert zu.
-Die Strömung vergrößert sich proportional zur Frontalfläche - also quadratisch zum Körperohrdurchmesser!

Jetzt die vereinfachte Bewegungsgleichung:

s = a/2 t^2 nach der Beschleunigung umstellen: a= 2s/t

Bei einer Flughöhe von z.B. 150m nach 4,83s (B6-4-Motor) wären das 12,86 Sekundenmeter pro Sekunde, also etwas mehr als die Erdbeschleunigung - bloß nach oben!

Die so erhaltene Beschleunigung setzen wir in die Strömungsgleichung ein -

a = g * ( F-(0,5 p v^2 Cw A) / W - Wo ) - diese Gleichung nach Cw auflösen - fertig!

dabei sind:

W = Startgewicht des Modells
Wo= Gewichtsverlust durch abbrennenden Motor
F = Motorschub
g = Erdbeschleunigung

Ich rechne das Beispiel jetzt nicht weiter - lasst uns lieber mal Ergenisse zusammentragen und diskutieren!

(Oli - gibt's hier immernoch keinen Formeleditor?)

ZUM BOATTAIL:
Der Body mit Boattail ist natürlich die aerodynamisch günstigere Form; hier hat man eher den idealen Fluss ohne Strömungsabriss:

stream

Dies sind die zwei Extremfälle.

Klar, das sich an einem "abgehackten" Heck Turbulenzen ergeben.
Je sanfter der Übergang, desto besser.
Klar auch, dass die mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden heissen Antriebsgase sich dem Fluß anpassen.
Umso besser, je näher sie in der Nähe der Geschwindigkeit der vorbeiströmenden Luft liegen.
Heiße Antriebsgase wollen aber auch expandieren, und so ergeben sich je nach Geschwindigkeit komplexe Strömungsmuster, die kaum mit einfachen Gleichungen zu beschreiben sind.

Worauf ich hinaus will:
Ein dicker Cluster in einem Rohr mit etwa diesem Durchmesser stellt bestimmt den sanfteren Strömungsübergang dar - verglichen mit dem "dünnen" einzelnen AT-Motor!
Hier wird durch Turbulenzen eher dafür gesorgt, daß die heissen Gase nicht sofort expandieren (=abkühlen) können, was schon so manchem Modell den Arsch versengt hat!


ROCKSIM:
Rocksim ermittelt den Cw-Wert meines Wissens nach aus allen Designparametern - geht aber natürlich immer von optimalem "gloss" Finish aus! (Oder kann man diesen Preset ändern in "unfinished"?)
Zur Geschwindigkeitsabhängkeit der Turbulenzen am Heck habe ich eben schon was gesagt - daß auch der Cw-Wert eines schlichteren Körpers sich mit der Strömungsgeschwindigkeit ändert, hier am Beispiel eines seitlich angeströmten Zylinders - Bild A ist natürlich nur der theoretische Idealfall:

speed

Ansonsten rechnet Rocksim wohl mit dynamischer Stabilität - also nach der Barrowman-Methode, die Näherungen für die Simulationen gehen dann über Euler-Ansätze oder Runge-Kutta-DGLs 4ter Ordnung - mathematisch also schon ziemlich ausgebufft!

Zum Schluß nochmal die Verteilung des Strömungswiderstandes auf ein typisches Modell nach Gregorek und Pantalos:

Konus und Body 50%
Querschnittsfläche 15%
Flossen 17,5 %
Leitröhrchen 12,5%
Interferenzen 5%

Das ist jetzt natürlich alles wieder stark vereinfacht - Man muß unterscheiden zwischen Luftwiderstand durch Oberflächenreibung, Induziertem Widerstand durch Vortex an den Flossenenden usw. usf...
G. Harry Stine gibt jedoch an, daß ein gutes Modell mit Cw = 0.25 durchaus gebaut werden kann!
Für ein "normal-super" gebautes Wettbewerbsmodell ist Cw=0.4 bei einer Geschwindigkeit von 60 m/s
realistisch (G.Harry Stines "Paradigma 5").

So - das war jetzt alles nur mal kurz angerissen, und hoffentlich nicht zu viel Geschwafel!
Wer sich näher damit beschäftigen will: Dafür muß man durchaus nicht an der Uni sein!
Die meissten der hier verarbeiten Informationen (und Scans!) sind aus "G. Harry Stine - Handbook of Model Rocketry" - Kap.8: How high will it go? und Kap.10 Model Rocket Aerodynamics.

Wie immer kann ich das Buch nur wärmstens empfehlen!

So - jetzt warte ich auf Eure Ergebnisse für den geschilderten Fall 150m mit B6-4 !

mfg,
Tom
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Steffen Katzer (Steffen)

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Veröffentlicht am Sonntag, 25. Februar 2001 - 12:38 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Hi Tom,

sehr gute und interessante Zusammenfassung.

Ich möchte mich mal kurz zum Thema Ungenauigkeiten bei der Flugvorhersage von Simulationsprogrammen äußern:
An anderer Stelle im Forum wurde auch schon die Ungenauigkeit bemängelt. Leider muß man sich bei allen Programmen vor Augen halten: Diese Programme müssen einfach zu bedienen sein. Allein die Eingabe des Luftdrucks und der Temperatur, die natürlich Einfluß auf die Flughöhe / Geschwindigkeit haben, würde die meisten Benutzer überfordern. Wer weiß schon wie warm es an seinen Starttag sein wird? Das der CW-wert eine sehr komplexe Größe ist zeigt (wie Tom schon sagte) das er in der Praxis meist Experimentell bestimmt wird. Zurück zu den Programmen: Sie sollen natürlich dem Benutzer nur eine 'ungefähre' Vorstellung geben ob er einen A8 oder lieber einen B6 verwendet, absolut exakte Ergebnisse wir kein Programm liefern können. Dieses ist kein Fehler in der Programmierung der Programme, sondern eher ein 'Bedienungskompromiß' !

Warum ich das schreibe? Als ich mich mit meinem Kollegen D.Nowak an die Erstellung von dem Berechnungsprogramm H_Calc machte (http://www.mrco-rockets.de, unter Archiv!) sind wir genau über diese Problematik gestolpert. Ich denke H_Calc liefert im Modellraketenbereich (bis 200g/D12-Treibsätze) ganz brauchbare Ergebnisse die sich eigentlich mit unserer Praxiserfahrung decken.

Sorry wenn diese Nachricht jetzt nicht 100% zum Thema paßt, mußte ich aber mal loswerden...

Gruß Steffen
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Stephan Mayer [Moderator] (Stephan)

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Veröffentlicht am Sonntag, 25. Februar 2001 - 17:03 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Also, Ihr redet hier immer von "Rocksim", ich kenne das gar nicht... wo bekomm ich das denn her u. was kostet es?

Steffen, im Bezug auf euer H_calc kann ich dir recht geben, die ergebnisse kommen bei mir schon recht nahe an die praxiserfahrungen ran.

Cu S. Mayer
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André Rohr (Andre)

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Veröffentlicht am Sonntag, 25. Februar 2001 - 19:07 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

stephan,
rocksim kriegst du bei http://www.apogeerockets.com
die demo der version 4 ist kostenlos, du kannst damit allerdings kein projekt speichern.
die version 5 kostet 80$, wenns mir recht ist...

gruss
andre
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Jörn Martens [Moderator] (Joern)

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Veröffentlicht am Sonntag, 25. Februar 2001 - 23:15 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

Oder kann man diesen Preset ändern in "unfinished"?
Ja,kann man:Man kann wählen zwischen Gloss,Matt,Polished und Unfinished.

Jörn
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Saqib Sultan Temuri (Saqib)

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Veröffentlicht am Dienstag, 05. Juni 2001 - 23:41 Uhr:   Beitrag editierenBeitrag löschenSchnellansichtBeitrag drucken   Beitrag verschieben (Nur für Moderatoren)

hi
meint ihr mit cw den Wiederstandsbeiwert oder doch was anders.
und kann mir jemand sagen wie ich die ballistische Kurve ausrechen , also ich weiss wie man die ideale Wurfparabel berechnet aber bei der ballistischen Bahn (gerade wegen diesen Wiederstandsbeiwert)hab ich voll die Probleme.
kann mir jemand weiter helfen?!?!?
Danke
mfg
saqib

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