Hallo zusammen.

Dies ist unser erster Beitrag in diesem Forum und ich möchte die Gelegenheit gleich einmal nutzen unser Team einmal vorzustellen.
Das BCSI Raketen Girlsteam sind 5 junge Mädchen, die sich mit dem Thema Raketenkonstruktion befassen (siehe http://www.bcsi-team.de/rockets .)

Seit Mai 2011 arbeiten wir an den Grundlagen der Raketentechnik, konstruieren Wasserraketen und bauen die dann auch. Mit riesigem Spaßfaktor !

Im Projekt werden auch die theoretische Grundlagen experimentell untersucht.
Druck- und Schubtests etc. machen wir auch.
Unser erstes WARA Modell (FASRP01) siehe http://www.bcsi-team.de/rockets/?page_id=58 ) ist schon im Test.

Hier nun meine Frage:
In welcher Weise beeinflussen Form, Größe und Gewicht der Finnen für das Flugverhalten?
Nach dem Barrowman Bericht lässt sich der Auftriebsbeiwert der Finnen recht gut berrechnen.
Haben das auch einmal gemacht. Bei gleichem Flächeninhalt, somit auch Gewicht, ergeben sich bei zwei unterschiedlichen Finnenformen abweichende Auftriebsbeiwerte Cn.
(siehe http://www.bcsi-team.de/rockets/?page_id=44)

Was ist nun die bessere Form ?, Die mit dem geringeren Cn Wert oder die mit dem höheren?

Gibt es bestimmte Berrechnungen, die die Größe und Form der Finnen gemessen auf die gesamte Rakete umfassen?

Schon einmal Danke für die Antworten.


BCSI Team

Geändert von BCSITEAM am 02. Juli 2011 um 14:46

Moin!
Könnt ihr Rundungsfehler ausschließen?
Welchen Zweck verfolgt ihr mit dem Berechnen von Auftriebsbeiwerten für Stabilisierungsflossen? Sollen verschiedene Flossen unsymmetrisch an einen Raketenkörper montiert werden?
Die untere Flossenform (clipped delta) ist für einen geringeren Luftwiderstand günstiger als die trapezoidale Form.
Grüße,
Hagen

Hallo

Vom Luftwiderstand völlig abgesehen, ist die zweite "clipped delta" Form aus Gründen der Haltbarkeit der ersten ebenfalls vorzuziehen.

Da eine Wasserrakete konstruktiv bedingt mit dem Heck voran landet, dabei aber durch den in/an der Fallschirmsektion befestigten Schirm leicht schräg hängt, werden bei ungünstigen Bodenverhältnissen zu weit abstehende Finnen zwangsläufig beschädigt, brechen ab etc.

Die erste trapezodiale Form hat daher im Vergleich eine geringe Halbwertszeit, die zweite mit den hochgezogenen unteren Kanten ist da deutlich vorteilhafter.
Selbst wenn berechnete Werte zu Ungunsten der zweiten Version ausfallen (würden), wäre sie das Mittel der Wahl.

Gruß Jan

Zitat:

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Original geschrieben von BCSITEAM


Was ist nun die bessere Form ?, Die mit dem geringeren Cn Wert oder die mit dem höheren?

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Hi,

was besagt der Cn Wert? Es ist ein Beiwert, also gehört er zu einem Hauptwert - welcher ist das?
Sorry, bin kein Aerodynamiker, ich lass den CP von VCP rechnen und der Cw Wert wird aus Erfahrung geschätzt.

Gruß Johannes

Hallo,

erst mal Danke für die bisherigen Antworten.
der Einwand mit dem Abbrechen der Finnen bei der Landung ist berechtigt. Wir haben aus diesem Grund ein System entwickelt, bei dem die Finnen in eine dünne Alu-Führungschiene gesteckt werden.
Somit können die Finnen auch jederzeit ausgetauscht werden. Bisher haben die sich dann bei der Landung problemlos gelöst und sind alle heil geblieben.

Wie konstruiert ihr denn eure Finnen ?
Welche Größe und welche Form ?
Gibt es eine Abhängigkeit von der Raketenlänge und dem Durchmesser?
Oder macht ihr das einfach mal so frei Schnauze?

Gruss
BCSI Team

Die Flossenform mit dem höheren cN-Wert erzeugt bei gleicher Flossenfläche größere Rückstellkräfte, könnte insofern also als "besser" bezeichnet werden. Der Unterschied zwischen den beiden Flossenformen (gleiche Fläche, gleiche Streckung) kommt durch die unterschiedliche Pfeilung zustande (Faktor cos phi, Pfeilung an der t/4-Linie gemessen, wenn ich mich recht erinnere).

Zwei Sachen sind noch zu beachten:

1. Ich glaube, dass die Herleitung der Barrowmanformeln auf der Näherung 2 pi Lambda / (Lambda + 2) für den Auftriebsgradienten beruht. Diese Näherung ist für sehr kleine Streckungen (unter 1) nicht mehr gültig. In Eurem Beispiel kommt das allerdings noch nicht zum Tragen. Es muss für bestimmte Formen jedoch berücksichtigt werden.

2. Eure Formel vernachlässigt einen Term, den Barrowman durchaus berücksichtigt hat, 1+R/(s+R) (siehe http://my.execpc.com/~culp/rockets/Barrowman.html ). Dieser beschreibt den Einfluss des Körperrohrs und sollte bei Raketenflossen, deren Spannweite ja nicht erheblich größer als der Körperrohrdurchmeser ist, nicht vernachlässigt werden.

Wahrscheinlich habt Ihr jetzt mehr Fragen als vorher, also immer her damit

Oliver

Zitat:

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Original geschrieben von BCSITEAM

Hallo,
.....Oder macht ihr das einfach mal so frei Schnauze?

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Hallo BCSI Team,
wilkommen hier im Forum und ein Lob für eure Homepage macht weiter so das motiviert bestimmt auch noch andere.

Um die Stabilität von Wasserraketen in der Entwurfphase zu überprüfen habe ich früher immer Spacecad genutzt. In die Datenbank habe ich die Daten von PET Flaschen, Muffen bzw ganzen Modulen eingegeben.
Damit kann man dann eine Rakete durchsimulieren und so auf Stabilität testen dazu kommen dann noch mit der Zeit die Erfahrungen wie sie Kabelman ja schon geschildert hat.
Gruß
Andreas

Hallo Oliver,

erst einmal Dank für den Hinweis auf den Korrekturfaktor.

Ist jetzt eingebaut.
Und ich hätte heuten morgen NICHT ins Forum gehen sollen!

Einen ganzen Tag zum Thema t/4-Linie und Pfeilung verbracht.

Bin zumindest "etwas" schlauer als vorher.
Wie angefordert hier die Fragen:

1. Haben die Finnen überhaupt eine Auswirkung auf den Auftrieb ?

2. Was bringt die Pfeilung - also in welcher Weise beeinflusst steigendes phi das Flugverhalten/Stabilität?
Für die Konstruktion von Flugzeugleitwerken hab ich mit das einmal unter

http://books.google.de/books?id=mGZW4IWAcPMC&pg=PA181&lpg=PA181&dq=pfeilung+fl%C3%BCgel&source=bl&ots=entKRO1AZw&sig=ZTQZaQGQ9rH85-BARM1oo6c1Qgc&hl=de&ei=abYRTqCbJ4qN-waYu4zfDQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CBcQ6AEwADgK#v=onepage&q=pfeilung%20fl%C3%BCgel&f=false

angeschaut. Aber da wir nur eine geringe Profilierung im Flügel selbst haben - keinen Plan wie man das nur Ansatzweise verstehen soll. Ds mit dem Neutralpunkt ist noch ???

3. Interessanterweise gab es einige Hinweise auf eine negative Pfeilung
Wurde das schon einmal bei Raketen untersucht ?
Hier die Vorteile die für Jets beschrieben wurden:

- Ein um bis zu 30 % größerer Auftrieb bei gleicher Tragflächengröße
- Höhere Reichweite im Unterschallbereich wegen des geringeren Widerstandes beim Längsmomentenausgleich
- bessere Start-/Landecharakteristiken
- niedrigere Abrißgeschwindigkeiten
- Größere innere Volumina, vor allem beim Rumpf-Flächenübergang
- Niedrigere Biegekräfte, da größerer Teil des Auftriebs im Innenbereich des Flügels erzeugt wird.
(soll wohl bedeuten, dass sich der Auftrieb in Richtung Raketenkörper verlagert).

So wie ich das sehe, gibt das richtig viel expermentelle Arbeit und jede Menge Raketenstarts!!
Mal sehen ob sich jemand auf meine Anfrage an den Windkanal in Darmstadt meldet.
Bis dahin

BCSITEAM

Hi,

ich habe irgendwie das Gefühl dass hier etwas mit den Äpfeln und den Birnen durcheinander kommt, daher auch meine Frage was denn der Cn Wert überhaupt ist.
Und auch Auftrieb.

Die Flossen (oder Finnen) der Raketen sind keine Tragflächen. Wenn sie ein Moment Quer zu ihrer Fläche bringen (Beim Flugzeug Auftrieb), so dreht sich die Rakete nur (Roll).
Sie sind wie der Name sagt Finnen die z.B. beim Segelboot das Schwert eine Querkraft einleiten ins System.
Bei der Rakete ziehen sie den Druckpunkt der Störkräfte (Wind) hinter der Schwerpunkt. So bleibt die Rakete stabil und ändert ihre Richtung etwas entgegen der Störkraft.
Deshalb ist auch der Abstand CG/CP so wichtig: Instabil (CP vor oder auf CG) = purzeln, Stabil (CP 1-2 Kaliber hinter CG) = alles roger, überstabil (CP mehr als 3-5 Kaliber) hinter CG = Rakete fliegt waagerecht in den Wind.
Die Kaliberangaben sind Geschwindigkeitsabhängig ebenso vom Verhältnis Durchmesser(Kaliber) zu Länge (eine sehr lange/dünne/schnelle Rakete ist bei 3 Kaliber noch ok während eine kurze/dicke/langsame bei 2 Kaliber schon überstabil sein kann)

Gruß Johannes

Hallo Johannes,

der CN Wert (Nondimensional Aerodynamic Normal Force) wird zur Bestimmung des CP-Wertes (Center of pressure) benutzt. Er lässt sich für die einzelnen Komponenten der Rakete getrennt berrechnen.
Für die Konstruktion der Finnen kann man das entsprechend berechnen und dann schauen, welche Form und Größe den CP weiter nach hinten verschiebt etc.
Anbei der LINK zum Original von Barrowman

http://www.bcsi-team.de/rockets/wp-content/uploads/2011/07/physik_barrowman_report.pdf


Gruss
BCSITEAM