Zitat:

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Original geschrieben von BCSITEAM

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.

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Ok, woher kommt dann der "Auftrieb"?
Woher die vergleiche mit Tragflächen (siehe mein vorheriger Post).

Nochmal:
Wenn die Flosse "Auftrieb" produziert dann dreht sich die Rakete. Der CP ändert sich nicht.
Die einzelnen Cns münden im CP und der ist (wie vorher beschrieben) auch nicht absolut aussagefähig. Man muss immer noch die Rakete insgesamt sehen (Geschwindigkeit/pummelig/schlank) - auch eine Aerodynamisch sauschlechte Rakete zieht den CP nach hinten wogegen eine Aerodynamisch saugute Raketen den effektiven CP weiter vorn hat als nach der Theorie errechnet.

Gruß Johannes

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

Die Flossen erzeugen den Auftrieb! Die Finnen haben nur dann eine Auswirkung, wenn die ihre Birken nicht ordentlich behandeln und die Flossen deswegen nachher krumm und schief sind (SCNR; natürlich darf man Flosse/Finne/Leitwerksfläche synonym verwenden).

> 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 ???

Pfeilung verringert den von der Flosse erzeugten Auftrieb, damit verschiebt sich der Druckpunkt nach vorne (vorausgesetzt die Flossen liegen hinten), die Stabilität nimmt ab. Das was Du zeigst hat jedoch mit den Vorteilen der Pfeilung bei hohen Fluggeschwindigkeiten, nahe der Schallgeschwindigkeit oder darüber hinaus, zu tun. Falls Euch bestimmte Teile von Schlichtung/Truckenbrodt im Detail interessieren: hat jede vernünftige Universität in der Bibliothek, ansonsten habe ich hier beide Bände im Regal stehen ...

Der Neutralpunkt ist der Punkt, an dem das vom Profil oder Tragflügel erzeugte Nickmoment unabhängig vom Auftrieb ist. Bei symmetrischen Profilen (also zB bei Raketen) ist dieser Punkt gleich dem Druckpunkt, und hat eine feste Lage. Da bei nicht-symmetrischen Profilen das Nickmoment annähernd konstant ist, der Auftrieb aber variiert, verschiebt sich der Druckpunkt ständig. Daher ist es einfacher, mit dem Neutralpunkt zu rechnen.

> 3. Interessanterweise gab es einige Hinweise auf eine negative Pfeilung
Wurde das schon einmal bei Raketen untersucht ?

Was soll da untersucht werden? Hat für Raketen weitestgehend dieselben Einflüsse wie positive Pfeilung. Allerdings liegt der Druckpunkt bei negativer Pfeilung und gleicher Lage der Flossenwurzel weiter vorne als bei positiver Pfeilung.

> 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).

Einige dieser Aussagen halte ich für relativ weit hergeholt (Quelle?), und hängen nicht nur einfach so mit der Pfeilung zusammen. Tragflügel für Jets auszulegen ist eine hochkomplexe Geschichte, mit über die Spannweite variierendem Profil und vielen anderen Gemeinheiten. Bei der einfachen ebenen Platte wie bei unseren Raketen halte ich bestenfalls den letzten Punkt mit der Auftriebsverteilung für wirklich relevant. Dazu kommt der gravierende Nachteil der hohen strukturellen Belastungen (wo die herkommen, könnt Ihr Euch ja mal überlegen, im Wikipedia-Artikel ist das nämlich zwar erwähnt, aber nicht erklärt).

> Die Flossen (oder Finnen) der Raketen sind keine Tragflächen.

Doch. Oder vielmehr: Was ist für Dich eine Tragfläche?

> Wenn sie ein Moment Quer zu ihrer Fläche bringen (Beim Flugzeug Auftrieb), so dreht sich die Rakete nur (Roll).

Auftrieb ist die Kraft (und kein Moment) senkrecht zur Anströmung. Der Auftrieb an den Flossen kann je nach lokaler Anströmung also zu Rollen (bei schiefen Flossen) oder zu Gieren/Nicken (bei schräger Anströmung; da rotationssymmetrisch, unterscheiden sich Gieren und Nicken bei der Rakete nicht) führen.

> 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.

Genau. Durch den Auftrieb.

> 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)

Daher die 10-15%-Faustregel. Meines Erachtens sinnvoller, da hier Hebelarm der Flosse (Abstand CP-CG) und damit des Rückstellmoments sowie die Trägheit der Rakete (proportional zu ihrer Länge im Quadrat) ins Verhältnis gesetzt werden.

> 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.

Der CN-Wert beschreibt den Gradienten des Auftriebsbeiwerts, bezogen auf eine für die gesamte Rakete gleiche Bezugsfläche, in diesem Fall der Querschnittsfläche des Körperrohres. Da nun alle Einzelkomponenten bei einem Anstellwinkel eine zu diesem Wert proportionale Kraft (Auftrieb) erzeugen, kann man das Hebelgesetz anwenden, um den Druckpunkt zu bestimmen, an der die Gesamtauftriebskraft angreift.

> Wenn die Flosse "Auftrieb" produziert dann dreht sich die Rakete. Der CP ändert sich nicht.

Aber der CP verschiebt sich wenn die Flosse aufgrund ihrer Form oder Größe mehr oder weniger Auftrieb erzeugt. Das war hier gefragt.

> Man muss immer noch die Rakete insgesamt sehen (Geschwindigkeit/pummelig/schlank) - auch eine Aerodynamisch sauschlechte Rakete zieht den CP nach hinten wogegen eine Aerodynamisch saugute Raketen den effektiven CP weiter vorn hat als nach der Theorie errechnet.

Das ist mir neu. Kannst Du das bitte erläutern?

Oliver

PS: Für irgendwas muss sich das Studium ja gelohnt haben ;-)

Hi Oliver,

ich glaube Du hast den "Most extended Post Award" gewonnen.
Was machst Du in Deiner Freizeit? Romane schreiben?

Vorbemerkung: Alles Beispiele und Beschreibungen gehen von 4 Flossen aus.

Zuerst noch mal zum Auftrieb.

Für mich ist "Auftrieb" etwas das durch den "Fahrtwind" (wenn ich mal die Winde separat sehe und nicht die Summe) entsteht und quer zur Fläche wirkt. Für "Auftrieb" muss die Flosse profiliert sein oder verschränkt (nicht exakt dem Rumpf entlang aufgeklebt).
Wenn alle Flossen gleichgerichteten "Auftrieb" produzieren so dreht sich die Rakete.
Wenn mindestens 2 gegenüberliegende gegegerichtet sind fliegt sie einen schönen Bogen.

Zitat:

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Oliver: Bei symmetrischen Profilen (also zB bei Raketen)

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Keiner meiner Raketen hat ein symmetrisches Profil, daher drehen alle meine Raketen!

In dieser Diskussion ging es jedoch um die Kräfte die durch den "Seitenwind" also die Störung kommen. Dieser greift an beiden (quer zum Wind liegenden) Flossen aus der gleichen Richtung an, würde also einen Bogen bewirken. Da der Seitenwind jedoch sich nicht mit der Rakete mitdreht bewirkt er, dass die Rakete in den Wind dreht und dann schön ins cruisen kommt.

Zitat:

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Oliver:

Zitat:

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Johannes:
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.

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Genau. Durch den Auftrieb.

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siehe Oben, nicht durch Auftrieb sondern durch Hebelkräfte.

Zitat:

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Oliver:
Daher die 10-15%-Faustregel. Meines Erachtens sinnvoller,
da hier Hebelarm der Flosse (Abstand CP-CG) und damit des Rückstellmoments sowie die Trägheit der Rakete (proportional zu ihrer Länge im Quadrat) ins Verhältnis gesetzt werden.

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Sorry, bin wohl doch zu lange weg, wie ist diese Faustregel?

Zitat:

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Oliver:

Zitat:

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Johannes:
Man muss immer noch die Rakete insgesamt sehen (Geschwindigkeit/pummelig/schlank) - auch eine Aerodynamisch sauschlechte Rakete zieht den CP nach hinten wogegen eine Aerodynamisch saugute Raketen den effektiven CP weiter vorn hat als nach der Theorie errechnet.

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Das ist mir neu. Kannst Du das bitte erläutern?

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Ich habe die Erfahrung gemacht dass optimal aerodynamische (Tropfenform) Raketen die wir über einen Holzkern geharzt haben trotz richtigem CG/CP Verhältnis nicht stabil waren.
Andere Raketen (the grim reaper ist so eine) oder Raketen die nur einen Ring (Scheibe) als Flosse haben stabil sind obwohl CG/CP fast identisch sind.

Ich (bin nicht studiert) für mich habe mir das so erklärt:
Jede Rakete schleppt eine "Totluftzone", eine Zone in der Die Luft relativ zur Rakete still steht, hinter sich her. Je aerodynamische die Rakete ist, desto kleiner diese Zone und umgekehrt.
Je schneller sie ist desto weiter ist sie von der Rakete weg und umgekehrt.
Wenn ich also diese Zone noch als weitere Fläche (im Kopf) dazurechne an der der Seitenwind angreifen kann so kann ich erklären warum die oben erwähnten Effekte aus der Praxis passieren.

Gruß Johannes

> Was machst Du in Deiner Freizeit? Romane schreiben?

Ich bin "arbeitssuchend" ...

> Für mich ist "Auftrieb" etwas das durch den "Fahrtwind" (wenn ich mal die Winde separat sehe und nicht die Summe) entsteht und quer zur Fläche wirkt. Für "Auftrieb" muss die Flosse profiliert sein oder verschränkt (nicht exakt dem Rumpf entlang aufgeklebt).
Wenn alle Flossen gleichgerichteten "Auftrieb" produzieren so dreht sich die Rakete.
Wenn mindestens 2 gegenüberliegende gegegerichtet sind fliegt sie einen schönen Bogen.

Richtig. Als Spitzfindigkeit ist hier noch der Unterschied zwischen Auftrieb (senkrecht zur Anströmung) und Normalkraft (senkrecht zur Längs- und Querachse) zu sehen, aber das ist einerseits Definitionssache und andererseits führen beide zum selben von Dir beschriebenen Ergebnis.

>> Bei symmetrischen Profilen (also zB bei Raketen)
> Keiner meiner Raketen hat ein symmetrisches Profil, daher drehen alle meine Raketen!

Ausnahmen bestätigen die Regel ;-)

> In dieser Diskussion ging es jedoch um die Kräfte die durch den "Seitenwind" also die Störung kommen. Dieser greift an beiden (quer zum Wind liegenden) Flossen aus der gleichen Richtung an, würde also einen Bogen bewirken. Da der Seitenwind jedoch sich nicht mit der Rakete mitdreht bewirkt er, dass die Rakete in den Wind dreht und dann schön ins cruisen kommt.

Genau.

>>> 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.
>> Genau. Durch den Auftrieb.
> siehe Oben, nicht durch Auftrieb sondern durch Hebelkräfte.

Ich dachte wir seien uns einig, dass Auftrieb eine Kraft ist, die an einer Flosse entsteht und senkrecht zu dieser wirkt. Wenn nun also eine Störung auftritt (die Anströmung nicht mehr genau parallel zur Raketenlängsachse ist), erzeugt dieser Auftrieb ein Drehmoment, mittels des Hebels Druckpunkt-Schwerpunkt, das dazu führt, dass sich die Rakete in Richtung der "neuen" Anströmung dreht. Je nachdem wie groß diese Kraft ist oder wie lang dieser Hebel (und wie stark die Störung, und wie träge die Rakete usw...), geschieht dies mehr oder weniger schnell. Bei starken Störungen darf man außerdem leider nicht mehr davon ausgehen, dass der Druckpunkt eine konstante Lage hat (Körperrohr hat bspw. einen nicht vernachlässigbaren Einfluss).
Ich gehe stark davon aus, dass wir dasselbe meinen, aber unter "Auftrieb" unterschiedliche Dinge verstehen.

>> Daher die 10-15%-Faustregel. Meines Erachtens sinnvoller,
da hier Hebelarm der Flosse (Abstand CP-CG) und damit des Rückstellmoments sowie die Trägheit der Rakete (proportional zu ihrer Länge im Quadrat) ins Verhältnis gesetzt werden.
> Sorry, bin wohl doch zu lange weg, wie ist diese Faustregel?

Wenn ich mich recht erinnere: Sie wurde von Christoph Truöl in seinem Buch genannt, und ich habe sie außerdem in einem Buch aus der DDR über ballistische Geschosse wiedergefunden.
Ganz einfach: Abstand Druckpunkt-Schwerpunkt sollte zwischen 10 und 15% der Gesamtlänge der Rakete betragen.

>>> Man muss immer noch die Rakete insgesamt sehen (Geschwindigkeit/pummelig/schlank) - auch eine Aerodynamisch sauschlechte Rakete zieht den CP nach hinten wogegen eine Aerodynamisch saugute Raketen den effektiven CP weiter vorn hat als nach der Theorie errechnet.
>> Das ist mir neu. Kannst Du das bitte erläutern?
> Ich habe die Erfahrung gemacht dass optimal aerodynamische (Tropfenform) Raketen die wir über einen Holzkern geharzt haben trotz richtigem CG/CP Verhältnis nicht stabil waren.

Das ist ein Problem, dass seit langem diskutiert wird oder zumindest besteht: Wie werden Verjüngungen zum Ende hin richtig berücksichtigt? In der Theorie müssten die Ansätze von Barrowman greifen, in der Praxis scheinen sie u.a. bei der V2 zu scheitern. Das gilt also auch für Tropfenformen. Prinzipiell gilt wohl aber, wie auch von Barrowman beschrieben, dass Verjüngungen nach hinten sich negativ auf die Stabilität auswirken.

Ich hatte Dich im Übrigen eher so verstanden, dass Du mit aerodynamisch günstiger so etwas wie glatte Oberflächen, saubere Übergange, vernünftig profilierte Flossen u.ä. meinst, und nicht die Formgebung der Rakete selbst.

> Andere Raketen (the grim reaper ist so eine) oder Raketen die nur einen Ring (Scheibe) als Flosse haben stabil sind obwohl CG/CP fast identisch sind.

Scheiben (senkrecht zur Flugrichtung) lassen sich auch nicht mit Barrowman berechnen.

> Jede Rakete schleppt eine "Totluftzone", eine Zone in der Die Luft relativ zur Rakete still steht, hinter sich her. Je aerodynamische die Rakete ist, desto kleiner diese Zone und umgekehrt.

Ja. Diese "Totluftzone" (stark verwirbelte Luft) wird ja wiederum von außen umströmt und könnte somit Kräfte von dieser äußeren Strömung auf die Rakete übertragen. Da solche Phänomene aber kaum noch mit Faustregeln, analytischen Verfahren oder einfachen numerischen Verfahren erschlagen werden können, kann ich nicht sagen wie stark dieser Effekt ist. Autohersteller geben Millionen dafür aus, zu erfahren, was da genau passiert, und Flugzeughersteller versuchen generell, so etwas zu vermeiden.

> Je schneller sie ist desto weiter ist sie von der Rakete weg und umgekehrt.

Das wiederum halte ich für eher unwahrscheinlich, da sich Unterschiede in der Qualität der Strömung erst bei unterschiedlichen Größenordnungen (also Faktor 10) der Geschwindigkeit, bei gleicher Größe und gleicher Luft, bemerkbar machen sollten.

Oliver

Zitat:

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Original geschrieben von Oliver Arend


Wenn ich mich recht erinnere: Sie wurde von Christoph Truöl in seinem Buch genannt, und ich habe sie außerdem in einem Buch aus der DDR über ballistische Geschosse wiedergefunden.
Ganz einfach: Abstand Druckpunkt-Schwerpunkt sollte zwischen 10 und 15% der Gesamtlänge der Rakete betragen.

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Ok, das klingt vernünftig ist meiner Ansicht nach jedoch für extreme Bauformen auch nicht das gelbe von Ei (ebenso wie die Kaliberangabe).

Zitat:

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>>> Man muss immer noch die Rakete insgesamt sehen (Geschwindigkeit/pummelig/schlank) - auch eine Aerodynamisch sauschlechte Rakete zieht den CP nach hinten wogegen eine Aerodynamisch saugute Raketen den effektiven CP weiter vorn hat als nach der Theorie errechnet.
>> Das ist mir neu. Kannst Du das bitte erläutern?
> Ich habe die Erfahrung gemacht dass optimal aerodynamische (Tropfenform) Raketen die wir über einen Holzkern geharzt haben trotz richtigem CG/CP Verhältnis nicht stabil waren.

Das ist ein Problem, dass seit langem diskutiert wird oder zumindest besteht: Wie werden Verjüngungen zum Ende hin richtig berücksichtigt? In der Theorie müssten die Ansätze von Barrowman greifen, in der Praxis scheinen sie u.a. bei der V2 zu scheitern. Das gilt also auch für Tropfenformen. Prinzipiell gilt wohl aber, wie auch von Barrowman beschrieben, dass Verjüngungen nach hinten sich negativ auf die Stabilität auswirken.

Ich hatte Dich im Übrigen eher so verstanden, dass Du mit aerodynamisch günstiger so etwas wie glatte Oberflächen, saubere Übergange, vernünftig profilierte Flossen u.ä. meinst, und nicht die Formgebung der Rakete selbst.

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ok, klassisches Missverständnis.

Zitat:

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> Andere Raketen (the grim reaper ist so eine) oder Raketen die nur einen Ring (Scheibe) als Flosse haben stabil sind obwohl CG/CP fast identisch sind.

Scheiben (senkrecht zur Flugrichtung) lassen sich auch nicht mit Barrowman berechnen.

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Das Problem ist doch, dass ich ein Programm (z.B. VCP) benutze das Barrowman berechnet und dann eben Erfahrung brauche um die Rakete richtig einschätzen zu können.
Natürlich werden kaum "Scheibenraketen" gebaut jedoch einiges was ähnlich wirkt. (bzw. das Gegenteil: Boattail/Tropfenform).

Zitat:

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> Jede Rakete schleppt eine "Totluftzone", eine Zone in der Die Luft relativ zur Rakete still steht, hinter sich her. Je aerodynamische die Rakete ist, desto kleiner diese Zone und umgekehrt.

Ja. Diese "Totluftzone" (stark verwirbelte Luft) wird ja wiederum von außen umströmt und könnte somit Kräfte von dieser äußeren Strömung auf die Rakete übertragen. Da solche Phänomene aber kaum noch mit Faustregeln, analytischen Verfahren oder einfachen numerischen Verfahren erschlagen werden können, kann ich nicht sagen wie stark dieser Effekt ist. Autohersteller geben Millionen dafür aus, zu erfahren, was da genau passiert, und Flugzeughersteller versuchen generell, so etwas zu vermeiden.

> Je schneller sie ist desto weiter ist sie von der Rakete weg und umgekehrt.

Das wiederum halte ich für eher unwahrscheinlich, da sich Unterschiede in der Qualität der Strömung erst bei unterschiedlichen Größenordnungen (also Faktor 10) der Geschwindigkeit, bei gleicher Größe und gleicher Luft, bemerkbar machen sollten.

Oliver

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Das ist nur meine Kopfidee die bisher sehr geholfen hat Extreme Raketen wie die Axt und noch mehr die BigAxe bauen zu können.
Die BigAxe fliegt mit J350 stabil auf gute 300m mit K1100 ebenso stabil auf knapp 1200m, das ist das vierfache. Ähnlich ist es mit der Kleinen auf H128 oder I200.
Die Theorie mag falsch sein, die Ergebnisse sind richtig. Vielleicht ist es auch der stärkeren CP-Verschiebung bei größeren Motoren geschuldet und daher nur wirksam wenn ein langsames Modell "übermotorisiert" wird.
Beide Modelle sind sehr neutral mit dem "kleinen" Motor und zeigen bei der "großen" Motorisierung deutliche Rückstellung in Richtung Wind (und kommen daher auch nicht sehr weit vom Startplatz runter.

Gruß Johannes