Hallo Julian,
rechnet Ihr immer mit 1/3 des Volumens für die Wassermenge?
Die optimale Füllung für die max Flughöhe ist in der Regel etwas mehr.
Beispiel
Rakete mit 5 l Volumen, 700g Leergewicht, 80 mm Durchmesser, cw Wert 0,5, Düse 15 mm und 10 bar Startdruck erreicht theoretisch folgende Höhen:
1/3 Füllung (1667 ml) ca. 116 m
Opt. Wassermenge (2230 ml) ca. 122 m
Grüße
Marcel

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Hallo Marcel,
ja wir rechnen bis jetzt mit 1/3 des Gesamtvolumens.
Worauf stützt sich das höhere Wasser-Verhältnis dass du verwendest?
Liegt da eine Berechnung dahinter?
Gruß
Julian

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Hallo Julian,

wenn ich mich richtig erinnere, dann ist die 1/3 Menge ja eine Fausformel.

Meine optimale Wassermenge ist das Ergebnis einer sehr umfangreichen Berechnung.
Nach einer langen Suche musste ich feststellen, dass es dafür keine einfache Formel gibt.

Ich berechne die maximale Flughöhe mit unterschiedlichen Wassermengen und gucke, bei welcher Wassermenge der größte Wert erreicht wird.

Bei der Ermittlung der Flughöhe betragen die Zeitschritte zur Berechnung der Einzelwerte, abhängig von der jeweiligen Flugphase, 0,0001 s und 0,005 s (200 Hz und 10 kHz). Es ergeben sich also extrem viele Einzelwerte.

Grundlage der Berechnung ist eine Facharbeit von Herrn S. Köberle.
Diese ist mit Unterstützung von Herrn Christian Strutz entstanden.

Die berechnete max. Flughöhe und die optimale Wassermenge sind aber nur theoretische Werte, da es in der Praxis noch weitere Faktoren gibt, die nicht berücksichtigt werden.

Diese Berechnungen laufen auch in meiner Android-App.


Grüße
Marcel

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Hallo Marcel,
leider habe ich kein Android-Smartphone. Ich werde vielleicht aber Android auf meinem Rechner emulieren um die App zu testen. Hast du schon überlegt auch ein Programm für Windows zu machen?
Ich habe mich (mit meinen bis jetzt bescheidenen) Physik-Kenntnissen an einer Wasserraketen-Gleichung versucht, allerdings ist die noch nicht wirklich exakt ausgefeilt. Diese basiert auf dieser Arbeit von Angelo Rupfin und (ebenfalls) Christian Strutz.
PDF] Flug einer Wasserrakete
Ich habe versucht die dort beschriebene Gleichung für die "Boost-Phase" dann mit der Gleichung für den freien Flug zu kombinieren. Ich werde nun noch versuchen die Phase in der die verbleibende Luft ausgestoßen wird mit einzubeziehen:


Julian

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Da fehlt aber noch einiges, Luftwiderstand und die Expansion der Luft (so dass der Luftdruck und damit die ausgestoßene Wassermenge sinkt).

Oliver

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Folgende Dokumente hatte ich zur Hilfe:

Höhenflug einer Wasserrakete (Christian Strutz und Angelo Rupflin)

Berechnung des Luftwiderstandes einer Wasserrakete (Christian Strutz)

Berechnung der Leerlaufhöhe einer Wasserrakete (Christian Strutz)

Vereinfachung der Fehskens-Malewicki-Gleichungen (C. Strutz)

Facharbeit (S.Köberle)

Des Weiteren hatte ich mich mit Herr Köberle und Herrn P. Scheuermann in Verbindung gesetzt.
Herr Scheuermann hatte mal ein Programm für Windows entwickelt (Simulation einer Wasserrakete). Dieses Programm habe ich vorher immer verwendet.


Ein Windows-Programm werde ich nicht schreiben, ist nicht geplant. Unter Windows habe ich die Berechnung mit VBA in Excel programmiert. Ich nutze aber eigentlich nur die APP.

Marcel

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Hallo Oliver,
ich weiß dass die Gleichung noch lange nicht fertig ist, das habe ich ja auch gesagt.
Ich gehe derzeit in die 11. Klasse eines Technischen Gymnasium. In den angesprochenen Dokumenten geht es um Stoff den wir in der Schule noch nicht hatten, beispielsweise den Impulserhaltungssatz. Ich versuche mir das alles ein bisschen selbst beizubringen, aber das wird dauern.
Danke Marcel für die Dokumente, das wird mir sicher weiter helfen.

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Gut und bewährt ist der Simulator von Clifford Heath. Der kann auch Parameter (wie die Wassermenge) variieren und so das theoretische Optimum ermitteln. Zu finden unter: http://polyplex.org/rockets/simulation/

mfG
Markus

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29

Seit einiger Zeit arbeite ich auch an einem Simulator. (wird für Windows sein wenn er fertig ist)
Bei der Schubphase mit Wasser habe ich 2 Berechnungsvarianten eingebaut: einmal mit dem Mittelwert des Drucks und einmal mit aufeinanderfolgenden kleinen Änderungen.
Die Berechnungen hab ich mit praktischen Messungen geprüft um den Druckverlust in der Düse zu bestimmen.
Wo ich gerade stecken geblieben bin, ist die Luftphase. Hier ist die Ausströmgeschwindigkeit sehr kompliziert zu berechnen. (wegen der kompresibilität der Luft, Mach Choking und Temperaturabhängigkeit) Auch ein längerer Mailwechsel mit Clifford Heath hat mich da nicht viel weiter gebracht da in seinem Simulator nur eine grobe Annäherungen verwendet wird.

Mich interessiert aber besonders hier eine genaue Berechnung, da es bei mehrstufigen Raketen besser sein könnte, in der 2 Stufe wenig Wasser und eine für Luft optimierte Düse zu verwenden.

Geändert von Oliver Arend am 26. Februar 2015 um 11:29