Hitaat moottorit

Yleistä keskustelua ja kysymyksiä pienoismalliraketeista
MikaJ
Posts: 74
Joined: 20 May 2013 10:02:52

Hitaat moottorit

Post by MikaJ » 07 June 2014 21:14:23

Tervehdys.

Mikähän on johtanut näihin suosituimpiin moottorien työntövoimaluokkiin tietyn kokonaisimpulssin sisällä? Meinaan siis sitä, että A:n ja C:n kohdalla tavallisia ovat 6-8 Newtonin moottorit, mutta B:ssä on vähän hitaampia nelosia jne? Simuloin tuossa uudella hienolla OpenRocketilla Kliman eri moottoreita muutamassa vanhassa perusrakettimallissa, ja totesin yllätyksekseni että esim. C2:lla ja D3:lla saa varsin mukavia nousukorkeuksia. Niitä kuitenkin pidetään enemmän liidokkien ja autojen moottoreina, joten avauspanoksella varustettuja malleja ei edes ole olemassa.

Kun saisi hommattua sen lentotietokoneen, voisi vaikka kokeillakin moisia. Tavallaan olisi ihan jännää vaihtelua, että raketilla olisi sitä työntövoimallista nousua paljon pidemmälle ja nopeus olisi pienempi. Niinhän "oikeatkin" raketit yleensä lentävät, muutamaa poikkeusta lukuunottamatta ei juurikaan löydy niitä jotka palavat aivan lähdön jälkeen loppuun. Ties vaikka olisi helpompi seurata pidempään palavaa hitaampaa rakettia, äsken juuri laukaisin pienen raketin niin totaalisen hukkaan C6-5:llä, että kumpikaan läsnäolleista ei nähnyt sitä lainkaan lähdön jälkeen taivaalla. Avauspanoskin kuului suunnilleen yläpuolelta, mutta edes sen savupilveä ei havaittu maasta. No, yöllä lampun kanssa etsimään heijastintarralla varustettua rakettia.

Sehän "pitkäpolttoisissa" on tietenkin huono puoli, että epästabiilisti lentävä raketti saattaa palaa hyvän aikaa vielä maahan pudottuaankin, joten tarkkuutta lennätyskelin valinnassa vaaditaan tavallistakin enemmän.

Mika

MikaJ
Posts: 74
Joined: 20 May 2013 10:02:52

Re: Hitaat moottorit

Post by MikaJ » 07 June 2014 22:28:28

Tähän vielä lisäkommentiksi esimerkki: Simuloin Jupiteria läheisesti muistuttavaa mallia Kliman D9- ja D3-moottoreilla. D9:llä apogee 474 m ja D3:lla 509. Huippunopeudet vastaavasti 159 ja 92 m/s. Menisiköhän tuo niin, että lyhyt kiihdytys kovaan vauhtiin on epätaloudellinen raketilla, jonka ilmanvastus on iso (Jupiter on vähän pullukka)? Kun se vastus kasvaa jonkin eksponentin mukaan eikä lineaarisesti, impulssi kannattaa käyttää ylläpitäen alempaa nopeutta kuin kiihdyttäen nopeasti ja hyödyntää kineettistä energiaa.

Kepin pitää kyllä olla pitkä. Metrisestä D3 kiihdyttää vasta n. 12 m/s nopeuteen, mikä lienee aika pieni. Kaksimetrisestä jo 19 m/s.

Mika

User avatar
sampo
Site Admin
Posts: 441
Joined: 20 January 2003 12:31:32
Nimi: Sampo Niskanen
Location: Espoo
Contact:

Re: Hitaat moottorit

Post by sampo » 07 June 2014 23:41:14

Moi,

Ilmanvastus on likimäärin verrannollinen nopeuden neliöön. (Likimäärin siksi, että ilmanvastuskerroin Cd muuttuu himpun nopeuden funktiona.) Näin ollen periaatteessa on tehokkaampaa lentää pienemmällä nopeudella pidempään.

Toisaalta painovoima verottaa hitaan moottorin työntövoimaa koko ajan vakion verran, joten liian hitaaksikaan ei kannata polttaa. Ääritapauksina on moottori jonka työntövoima on alle 1G, jolloin raketti ei nouse lainkaan, tai moottori, joka ampuu koko impulssinsa hetkessä, jolloin raketti välittömästi saavuttaa maksiminopeuden ja hidastuu nopeasti ilmanvastuksen vuoksi. Optimaalinen lentokorkeus on jossain näiden välissä.
I doubt, therefore I may be.

MikaJ
Posts: 74
Joined: 20 May 2013 10:02:52

Re: Hitaat moottorit

Post by MikaJ » 08 June 2014 00:37:24

Onko tähän äkkinäisen polttamisen suosituimmuuteen jotain muita käytännön syitä kuin optimaalisuus? Etenkin pienen kokonaisimpulssin moottorit ovat tosi äkkinäisiä ja raketti toimii lähinnä ammuksen tavoin - moottori palaa loppuun käytännössä muutaman metrin matkalla.

Se kadonnut raketti muuten löytyi, metsästä 350 m lähtöpaikalta. Voin lämpimästi suositella heijastinteippiä raketin koristeeksi. Etsin noin neliökilometrin alueelta, kun juuri mitään hajua laskupaikasta ei ollut. Puolitoista tuntia meni, mutta sanoisin että ilman heijastinta olisi tarvittu satumaista tuuria. Tavallisella otsalampulla heijastimen näkee hyvinkin toista sataa metriä, joa vain sattuu pienikin avoin näkölinja. Tällöin raketti on jopa helpompi löytää puusta kuin maasta.

Mika

Make_L
Posts: 266
Joined: 19 October 2006 20:28:45
Location: Espoo

Re: Hitaat moottorit

Post by Make_L » 08 June 2014 11:18:03

Riippuu kai hyvin paljon käyttötarkoituksestakin. Työntökäyrän muoto on tärkeä myös.
D-moottoreita on väliltä D2...D21 ja paloajat vastaavasti noin 8...1 s.
Jossain suositettiin työntövoiman/raketin painon suhteeksi (F/W) ainakin 5, mieluumin 10 (lähtövaiheessa).
(kaupallisilla raketeilla F/W voi olla paljon suurempi)
Sivutuuli (AOA kasvaa) ja siivekkeiden koko vaikuttavat riittävään stabiliteettiin tarvittavaan nopeuteen.
Jos pyöritellään koulufysiikan puitteissa mr. Newtonin F=ma kaavaa lähtötelineen pituutta (s) ajatellen,
saadaan liian hiljaisia nopeuksia, koska polttoaineen massa/paino pienenee koko ajan, sekin epälineaariseti - vrt työntökäyrä.
Jollei tätä huomioida, 'tikkumatka' s= 0,5 * a * t^2 ja 'tikkuaika' t= (2s/a)^1/2.
Kukin voi laskeskella nopeuksia lähtötelineestä irtaantumishetkellä, jos F/W-suhde on 5 tai 10 tai muu ja tikku 1m tai 2 m jne.
Tulos koulufysiikalla sisältää virhelähteitä. Työntökäyrän muoto vaikuttaa. Tarkka laskenta on työläs ja vaativa tehtävä.
-Itse tukeutuisin suunnittelussa simulaatio-ohjelmiin, sekä soveltaisin eri tarkoituksiin saatavilla olevaa moottorivalikoimaa.
Reaalimaailman mittaustulokset ovat usein käyttökelpoisempia kuin fysikaaliset epätarkat pohdiskelut, kun vaikkapa mietitään lähtötikun pituutta.
= Olisi hyödyksi, jos pystyisimme mittaamaan omien rakettiemme lähtönopeuksia telineestä irtaantuessa.
Lähtönopeusmittareita on ampuma-aseille, en tiedä, soveltuisivatko / olisivatko modattavissa rakettitarkoituksiin .
Last edited by Make_L on 08 June 2014 12:02:17, edited 1 time in total.

MikaJ
Posts: 74
Joined: 20 May 2013 10:02:52

Re: Hitaat moottorit

Post by MikaJ » 08 June 2014 11:46:23

Helpoin tapa nopeuksien mittaamiseen telineestä lähtiessä lienee suurnopeusvideo. Aika laadukkaita hidastuksia on mm. Timo postannut erilaisista tilaisuuksista, niistä saa varmasti riittävällä tarkkuudella mitattua.

Noissa hitaissa moottoreissa on muuten myös aikas ärjy starttikiihdytys. Itse olen kokeillut vain C2-P:tä toistaiseksi, mutta kyllä siinäkin huomaa todella äkäisen tönäisyn ennen asettumista "lentotilaan". Hyvin varmaan saisi perinteisen mallisenkin raketin stabiloitumaan ainakin hieman pidemmästä kepistä.

Näiden "tavallisten" moottorien kohdalla selvästi huomaa simulaatioissa, että keveimpään mahdolliseen rakenteeseen ei todellakaan kannata pyrkiä. Painolla on optiminsa, liika on tietenkin liikaa. Toisaalta "hitaiden" moottorien kohdalla massan pienentämisestä on selkeästi hyötyä, koska nopeus jää pieneksi eikä vapaalentoa kovin paljon tule. Harmillista, ettei hitaita avauspanoksella varustettuja ole, koska elektronisesti tehty avausmekanismi väistämättä lisää painoa melkoisesti - jo tietokone on useita grammoja, paristoista puhumattakaan. Plugatun ja paukullisen moottorin painoero ei puolestaan ole kovin iso.

Mika

Post Reply