Modellrakete - Model rocket

Bildsequenz eines Modellraketenstarts mit einem B4-4-Triebwerk
Die Einführung eines maßstabsgetreuen Modells von Saturn V
Eine typische Modellrakete beim Start (16-mal langsamer)

Eine Modellrakete ist eine kleine Rakete, die entworfen wurde, um niedrige Höhen zu erreichen (z. B. 100–500 m (330–1.640 ft) für ein 30 g-Modell) und auf verschiedene Weise geborgen zu werden.

Gemäß dem Sicherheitscode der United States National Association of Rocketry (NAR) werden Modellraketen aus Papier, Holz, Kunststoff und anderen leichten Materialien hergestellt. Der Code enthält auch Richtlinien für die Verwendung von Motoren, die Auswahl des Startplatzes, die Startmethoden, die Platzierung der Trägerrakete, das Design und die Bereitstellung von Wiederherstellungssystemen und mehr. Seit den frühen 1960er Jahren liegt den meisten Modellraketenbausätzen und -motoren eine Kopie des Model Rocket Safety Code bei. Trotz seiner inhärenten Verbindung mit hochentzündlichen Substanzen und Objekten mit einer spitzen Spitze, die sich bei hohen Geschwindigkeiten bewegen, hat sich Modellraketen historisch als sehr sicheres Hobby erwiesen und wurde als bedeutende Inspirationsquelle für Kinder, die später Wissenschaftler und Ingenieure werden, angesehen .

Geschichte der Modellraketen

Während nach Jahren der Forschung und des Experimentierens viele kleine Raketen produziert wurden, wurde die erste moderne Modellrakete und vor allem der Modellraketenmotor 1954 von Orville Carlisle , einem lizenzierten Pyrotechnik- Experten, und seinem Bruder Robert, einem Modell, entworfen Flugzeugenthusiast . Ursprünglich entwarfen sie den Motor und die Rakete für Robert, um sie in Vorlesungen über die Prinzipien des raketenbetriebenen Fluges zu verwenden. Aber dann las Orville Artikel von G. Harry Stine in Popular Mechanics über die Sicherheitsprobleme junger Leute, die versuchen, ihre eigenen Raketentriebwerke zu bauen. Mit der Einführung von Sputnik versuchten viele junge Leute, ihre eigenen Raketenmotoren zu bauen, oft mit tragischen Ergebnissen. Einige dieser Versuche wurden in dem faktenbasierten Film October Sky von 1999 dramatisiert . Die Carlisles erkannten, dass ihr Motordesign vermarktet werden könnte und einen sicheren Ausgang für ein neues Hobby bietet. Sie schickten im Januar 1957 Muster an Mr. Stine. Stine, ein Range Safety Officer bei White Sands Missile Range , baute und flog die Modelle und entwickelte dann ein Sicherheitshandbuch für die Aktivität, basierend auf seiner Erfahrung auf dem Schießstand.

Die erste amerikanische Modellraketenfirma war Model Missiles Incorporated (MMI) in Denver, Colorado , die von Stine und anderen gegründet wurde. Stine ließ von Carlisle empfohlene Modellraketenmotoren von einer lokalen Feuerwerksfirma herstellen, aber Zuverlässigkeits- und Lieferprobleme zwangen Stine, sich an andere zu wenden. Stine wandte sich schließlich an Vernon Estes , den Sohn eines örtlichen Feuerwerksherstellers . Estes gründete 1958 Estes Industries in Denver, Colorado und entwickelte eine automatisierte Hochgeschwindigkeitsmaschine zur Herstellung von Feststoffmodell-Raketenmotoren für MMI. Die Maschine mit dem Spitznamen "Mabel" stellte kostengünstige Motoren mit großer Zuverlässigkeit her, und dies in Mengen, die viel größer waren, als Stine benötigte. Das Geschäft von Stine geriet ins Stocken und dies ermöglichte Estes, die Motoren separat zu vermarkten. Anschließend begann er 1960 mit der Vermarktung von Modellraketenbausätzen und schließlich dominierte Estes den Markt. 1961 verlegte Estes sein Unternehmen nach Penrose, Colorado . Estes Industries wurde 1970 von Damon Industries übernommen. Es ist bis heute in Penrose tätig.

Konkurrenten wie Centuri und Cox kamen und gingen in den 1960er, 1970er und 1980er Jahren in Amerika, aber Estes kontrollierte weiterhin den amerikanischen Markt und bot Schulen und Clubs wie Boy Scouts of America Rabatte an , um das Hobby auszubauen. In den letzten Jahren haben Unternehmen wie Quest Aerospace einen kleinen Teil des Marktes erobert, aber Estes ist auch heute noch die Hauptquelle für Raketen, Motoren und Startausrüstung für das Hobby der Raketentechnik mit niedriger bis mittlerer Leistung. Estes produziert und vertreibt Black Powder Rocket Motors .

Seit dem Aufkommen der Hochleistungsraketen , die Mitte der 1980er Jahre mit der Verfügbarkeit von Motoren der G- bis J-Klasse begann (jede Buchstabenbezeichnung hat bis zu doppelt so viel Energie wie die vorherige ), haben eine Reihe von Unternehmen die Markt für größere und leistungsstärkere Raketen. In den frühen 1990er Jahren hatten Aerotech Consumer Aerospace , LOC/Precision und Public Missiles Limited (PML) Führungspositionen eingenommen, während eine Vielzahl von Triebwerksherstellern immer größere Motoren und zu viel höheren Kosten lieferten. Unternehmen wie Aerotech, Vulcan und Kosdon waren während dieser Zeit bei Starts weit verbreitet, da Hochleistungsraketen routinemäßig Mach 1 durchbrachen und Höhen über 3.000 m (9.800 ft) erreichten. In einem Zeitraum von etwa fünf Jahren erreichten die größten verfügbaren Serienmotoren N, die die äquivalente Leistung von über 1.000 D-Motoren zusammen hatten und mit Leichtigkeit Raketen mit einem Gewicht von 50 kg (110 lb) heben konnten. Hersteller von kundenspezifischen Motoren agieren auch heute noch an der Peripherie des Marktes und produzieren oft Treibmittel, die farbige Flammen (rot, blau und grün sind üblich), schwarzen Rauch und funkende Kombinationen erzeugen , sowie gelegentlich riesige Motoren aus P, Q, und sogar R-Klasse für spezielle Projekte wie extreme Höhenversuche über 17.000 m (56.000 ft).

Die Zuverlässigkeit von Hochleistungsmotoren war in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren ein bedeutendes Thema, wobei katastrophale Motorausfälle relativ häufig (schätzungsweise 1 von 20) bei Motoren der Klasse L oder höher auftraten. Bei Kosten von über 300 US-Dollar pro Motor war die Notwendigkeit offensichtlich, eine billigere und zuverlässigere Alternative zu finden. Wiederaufladbare Motorkonstruktionen (Metallhülsen mit aufgeschraubten Endkappen und gefüllt mit gegossenen Treibladungsstücken) wurden von Aerotech eingeführt und erfreuten sich innerhalb weniger Jahre großer Beliebtheit. Diese Metallbehälter mussten nur nach jedem Start gereinigt und mit Treibgas und einigen Wegwerfkomponenten befüllt werden. Die Kosten für ein "Nachladen" betrugen normalerweise die Hälfte eines vergleichbaren Einwegmotors. Während bei nachladbaren Motoren noch vereinzelt Katastrophen beim Start (CATOs) auftreten (meist aufgrund schlechter Montagetechniken durch den Anwender), ist die Zuverlässigkeit von Starts deutlich gestiegen.

Das Schubprofil von Feststoffmotoren kann durch die Wahl unterschiedlicher Treibmittelausführungen verändert werden. Da der Schub proportional zur brennenden Oberfläche ist, können Treibladungsschnecken so geformt werden, dass sie für ein oder zwei Sekunden einen sehr hohen Schub erzeugen oder einen geringeren Schub haben, der über einen längeren Zeitraum anhält. Abhängig vom Gewicht der Rakete und der maximalen Geschwindigkeitsschwelle der Flugzeugzelle und der Flossen kann eine geeignete Motorauswahl verwendet werden, um die Leistung und die Chance auf eine erfolgreiche Wiederherstellung zu maximieren.

Aerotech, Cesaroni, Rouse-Tech, Loki und andere haben eine Reihe gängiger Nachladegrößen standardisiert, so dass Kunden große Flexibilität bei ihrer Hardware- und Nachladeauswahl haben, während es weiterhin eine begeisterte Gruppe von kundenspezifischen Motorenbauern gibt, die einzigartige Designs erstellen und bieten sie gelegentlich zum Verkauf an.

Vorsichtsmaßnahmen und Sicherheit

Modellraketen ist ein sicheres und weit verbreitetes Hobby. Personen wie G. Harry Stine und Vernon Estes trugen dazu bei, dies zu gewährleisten, indem sie die NAR-Modellraketensicherheitscodes entwickelten und veröffentlichten und sichere, professionell entworfene und hergestellte Modellraketenmotoren kommerziell produzierten. Der Sicherheitscode ist eine Liste von Richtlinien und ist nur für Mitglieder der National Association of Rocketry verpflichtend.

Eine Hauptmotivation für die Entwicklung des Hobbys in den 1950er und 1960er Jahren war es, jungen Menschen den Bau von fliegenden Raketenmodellen zu ermöglichen, ohne die gefährlichen Triebwerke bauen oder direkt mit explosiven Treibmitteln umgehen zu müssen .

Die NAR und die TRA verklagten erfolgreich das US Bureau of Alcohol, Tobacco, Firearms and Explosives (BATFE) wegen der Einstufung von Ammoniumperchlorate Composite Propellant (APCP), dem am häufigsten verwendeten Treibstoff in Hochleistungsraketenmotoren, als Sprengstoff. Die Entscheidung vom 13. März 2009 durch den Richter des Bezirksgerichts DC, Reggie Walton, entfernte APCP von der Liste der regulierten Sprengstoffe, wodurch die BATFE-Regulierung für Hobbyraketen im Wesentlichen beseitigt wurde.

Modellraketenmotoren

Anatomie eines einfachen Schwarzpulver-Raketenmotors. Ein typischer Motor ist etwa 7 cm (2,8 Zoll) lang. 1. Düse; 2. Fall; 3. Treibmittel; 4. Verzögerungsgebühr; 5. Auswurfgebühr; 6. Endkappe

Die meisten kleinen Modellraketenmotoren sind Einwegmotoren mit Pappkörpern und leichten geformten Tondüsen, die in der Impulsklasse von Bruchteil A bis G reichen. Modellraketen verwenden im Allgemeinen kommerziell hergestellte Schwarzpulvermotoren . Diese Motoren werden von der National Association of Rocketry , der Tripoli Rocketry Association (TRA) oder der Canadian Association of Rocketry (CAR) getestet und zertifiziert . Schwarzpulvermotoren gibt es in Impulsbereichen von 1/8A bis E, obwohl einige F-Schwarzpulvermotoren hergestellt wurden.

G64-10W Nachladen
Die Komponenten eines Motors von Aerotech Consumer Aerospace für ein 29/40-120 Gehäuse. 1. Motorgehäuse 2. Heckverschluss 3. Vorwärtsverschluss 4. Treibmitteleinsatz 5. Treibmittelkörner (C-Schlitz-Geometrie) 6. Verzögerungsisolator 7. Verzögerungskörner und Verzögerungsdistanzstück 8. Schwarzpulverausstoßladung 9. Verzögerungs-O-Ring 10 & 11. Vordere und hintere O-Ringe 12. Vorderer Isolator 13. Düse 14. Elektrischer Zünder

Die physikalisch größten Schwarzpulver-Modellraketenmotoren sind typischerweise E-Klasse, da Schwarzpulver sehr spröde ist. Wenn ein großer Schwarzpulvermotor der Oberstufenmotor einer Rakete ist, der das empfohlene Höchstabfluggewicht überschreitet, fallen gelassen wird oder vielen Heiz-/Kühlzyklen ausgesetzt ist (z ungleichmäßige Temperaturregelung) kann die Treibladung Haarrisse entwickeln. Diese Brüche vergrößern die Oberfläche des Treibmittels, so dass beim Zünden des Motors das Treibmittel viel schneller verbrennt und einen höheren als den normalen Innenkammerdruck im Inneren des Motors erzeugt. Dieser Druck kann die Stärke der Papierhülle überschreiten und zum Bersten des Motors führen. Ein berstender Motor kann Schäden an der Modellrakete verursachen, die von einem einfachen gerissenen Motor- oder Rumpfrohr bis hin zum heftigen Ausstoßen (und gelegentlichen Zünden) des Bergungssystems reichen.

Daher verwenden Raketenmotoren mit höheren Nennleistungen als D bis E üblicherweise Verbundtreibstoffe aus Ammoniumperchlorat , Aluminiumpulver und einer gummiartigen Bindemittelsubstanz , die in einem harten Kunststoffgehäuse enthalten sind. Diese Art von Treibstoff ähnelt dem, der in den Feststoffraketen des Space Shuttles verwendet wird und ist nicht so zerbrechlich wie Schwarzpulver, was die Zuverlässigkeit des Motors und die Bruchfestigkeit des Treibstoffs erhöht. Diese Motoren reichen im Impulsbereich von Größe D bis O. Composite-Motoren erzeugen mehr Impulse pro Gewichtseinheit ( spezifischer Impuls ) als Schwarzpulvermotoren.

Wiederaufladbare Verbundtreibstoffmotoren sind ebenfalls erhältlich. Hierbei handelt es sich um kommerziell hergestellte Motoren, bei denen der Benutzer Treibmittelkörner, O-Ringe und Unterlegscheiben (um die expandierenden Gase zurückzuhalten), Verzögerungskörner und Ausstoßladungen in spezielle, bruchsichere Aluminium-Motorgehäuse mit Schraub- oder Schnappenden (Verschlüsse ). Der Vorteil eines nachladbaren Motors liegt in den Kosten: Erstens kosten Nachladen deutlich weniger als Einwegmotoren des gleichen Impulses, da das Hauptgehäuse wiederverwendbar ist. Zweitens ist die Montage größerer Verbundmotoren arbeitsintensiv und schwer zu automatisieren; die Abwälzung dieser Aufgabe auf den Verbraucher führt zu einer Kosteneinsparung. Nachladbare Motoren sind in den Klassen D bis O erhältlich.

Motoren sind elektrisch gezündet mit einem elektrischen Spiel , bestehend aus einer kurzen Länge von Pyrogen -beschichteten Nichrom , Kupfer oder Aluminium Brückendraht in die geschoben Düse und an der Stelle mit druckfester Watte, ein Gummiband, ein Kunststoffstöpsel oder Abdeckband gehalten. Oben auf dem Treibmittel befindet sich eine Tracking- Verzögerungsladung , die Rauch, aber im Wesentlichen keinen Schub erzeugt , da die Rakete langsamer wird und überschlägt. Wenn die Verzögerungsladung durchgebrannt ist, zündet sie eine Ausstoßladung , die zum Auslösen des Rückgewinnungssystems verwendet wird.

Modellraketenmotoren bieten meist keine Schubvektorsteuerung, sondern verlassen sich nur auf Finnen an der Basis, um das Fahrzeug aerodynamisch stabil zu halten. Einige Raketen haben jedoch TVC, indem sie den Motor selbst und nicht die Düse kardanisch aufhängen. Dies geschieht bei einigen Raketen, die von BPS.space gebaut wurden.

Leistung

Der Impuls (Fläche unter der Schub-Zeit-Kurve) eines Modellmotors wird zur Bestimmung seiner Klasse verwendet. Motoren werden in Klassen von 1/4A bis O und darüber hinaus eingeteilt. Schwarzpulverraketenmotoren werden üblicherweise nur bis Klasse E hergestellt. Die Obergrenze jeder Klasse ist doppelt so hoch wie die Obergrenze der vorherigen Klasse. "Model Rocketry"-Raketen verwenden nur Motoren, die G und darunter sind. Raketen mit Motoren mit einem größeren Impuls gelten als Hochleistungsraketen .

 Klasse Gesamtimpuls
(metrischer Standard)
1/4A 0,313-0,625 N·s
1/2A 0,626-1,25 N·s
EIN 1,26-2,50 N·s
B 2,51-5,0 N·s
C 5,01-10 N·s
D 10,01-20 N·s
E 20,01-40 N·s
F 40,01-80 N·s
g 80,01-160 N·s

In den folgenden Beispielen für die Leistung von Raketenmotoren werden Zahlen aus Tests von Estes-Raketenmotoren verwendet.

Bei Miniatur-Schwarzpulverraketenmotoren (13 mm Durchmesser) liegt der maximale Schub zwischen 5 und 12 N, der Gesamtimpuls zwischen 0,5 und 2,2 Ns und die Brenndauer zwischen 0,25 und 1 Sekunde. Für Estes-Raketenmotoren mit normaler Größe (18 mm Durchmesser) gibt es drei Klassen: A, B und C. Die 18-mm-Motoren der A-Klasse haben einen maximalen Schub zwischen 9,5 und 9,75 N, einen Gesamtimpuls zwischen 2,1 und 2,3 Ns , und eine Brenndauer zwischen 0,5 und 0,75 Sekunden. Die 18-mm-Motoren der B-Klasse haben einen maximalen Schub zwischen 12,15 und 12,75 N, einen Gesamtimpuls zwischen 4,2 und 4,35 Ns und eine Brenndauer zwischen 0,85 und 1 Sekunde. Die 18-mm-Motoren der C-Klasse haben einen maximalen Schub von 14 – 14,15 N, einen Gesamtimpuls zwischen 8,8 und 9 Ns und eine Brenndauer zwischen 1,85 und 2 Sekunden.

Estes große (24 mm Durchmesser) Raketenmotoren sind auch in 3 Klassen enthalten: C, D und E. Die 24 mm Motoren der C-Klasse haben einen maximalen Schub zwischen 21,6 und 21,75 N, einen Gesamtimpuls zwischen 8,8 und 9 Ns, und eine Brenndauer zwischen 0,8 und 0,85 Sekunden. Die 24 mm Motoren der D-Klasse haben einen maximalen Schub zwischen 29,7 und 29,8 N, einen Gesamtimpuls zwischen 16,7 und 16,85 Ns und eine Brenndauer zwischen 1,6 und 1,7 Sekunden. Die 24 mm Motoren der E-Klasse haben einen maximalen Schub zwischen 19,4 und 19,5 N, einen Gesamtimpuls zwischen 28,45 und 28,6 Ns und eine Brenndauer zwischen 3 und 3,1 Sekunden.

Mehrere unabhängige Quellen haben Messungen veröffentlicht, die zeigen, dass Raketentriebwerke des Modells Estes häufig ihre veröffentlichten Schubspezifikationen nicht erfüllen.

Motornomenklatur

Raketenmotoren. Von links, 13 mm A10-0T, 18 mm C6-7, 24 mm D12-5, 24 mm E9-4, 29 mm G40-10.

Modellraketenmotoren, die von Unternehmen wie Estes Industries , Centuri Engineering und Quest Aerospace hergestellt werden, sind mit einem Code (wie A10-3T oder B6-4) gestempelt, der verschiedene Dinge über den Motor angibt.

Die Quest Micro Maxx Motoren sind mit einem Durchmesser von 6 mm die kleinsten. Die Firma Apogee Components stellte 10,5-mm-Mikromotoren her, die jedoch 2001 eingestellt wurden. Estes stellt Motoren der Größe "T" (Tiny) her, die einen Durchmesser von 13 mm und eine Länge von 45 mm haben, während die Standardmotoren A, B und C 18 mm Zoll groß sind Durchmesser von 70 mm lang. Größere Schwarzpulvermotoren der Klasse C, D und E sind ebenfalls erhältlich; sie haben einen Durchmesser von 24 mm und sind entweder 70 (C- und D-Motoren) oder 95 mm lang (E-Motoren). Einige Motoren, wie zum Beispiel F- und G-Einwegmotoren, haben einen Durchmesser von 29 mm. Hochleistungsmotoren (in der Regel nachladbar) sind in den Durchmessern 38 mm, 54 mm, 75 mm und 98 mm erhältlich.

Erster Brief

Der Buchstabe am Anfang des Codes gibt den gesamten Impulsbereich des Motors an (üblicherweise in Newton- Sekunden gemessen ). Jeder Buchstabe in aufeinanderfolgender alphabetischer Reihenfolge hat bis zu zweimal den Impuls des vorhergehenden Buchstabens. Dies bedeutet nicht, dass ein gegebener "C"-Motor den doppelten Gesamtimpuls eines gegebenen "B"-Motors hat, nur dass C-Motoren im Bereich von 5,01 bis 10,0 Ns liegen, während "B"-Motoren im Bereich von 2,51 bis 5,0 Ns liegen. Auch die Bezeichnungen „¼A“ und „½A“ werden verwendet. Eine ausführlichere Erörterung der Buchstabencodes finden Sie unter Klassifizierung von Modellraketenmotoren .

Zum Beispiel hat ein B6-4-Motor der Estes-Cox Corporation eine Gesamtimpulsleistung von 5,0 Ns. Ein C6-3 Motor von Quest Aerospace hat einen Gesamtimpuls von 8,5 Ns.

Erste Nummer

Die Zahl nach dem Buchstaben gibt den durchschnittlichen Schub des Motors an, gemessen in Newton . Ein höherer Schub führt zu einer höheren Abhebebeschleunigung und kann verwendet werden, um ein schwereres Modell zu starten. Innerhalb derselben Buchstabenklasse bedeutet ein höherer durchschnittlicher Schub auch eine kürzere Brenndauer (z. B. brennt ein B6-Motor nicht so lange - hat aber mehr Anfangsschub als - ein B4). Motoren innerhalb derselben Buchstabenklasse mit unterschiedlichen Anfangszahlen sind normalerweise für Raketen mit unterschiedlichen Gewichten. Zum Beispiel würde eine schwerere Rakete ein Triebwerk mit mehr Anfangsschub erfordern, um sie von der Startrampe zu verlassen, während eine leichtere Rakete weniger Anfangsschub benötigen würde und eine längere Brenndauer aufrechterhalten würde, um größere Höhen zu erreichen.

Letzte Nummer

Die letzte Zahl ist die Verzögerung in Sekunden zwischen dem Ende der Schubphase und dem Zünden der Ausstoßladung. Schwarzpulvermotoren, die mit einer Null enden, haben keine Verzögerungs- oder Auswurfladung. Solche Motoren werden typischerweise als Motoren der ersten Stufe in mehrstufigen Raketen verwendet, da das Fehlen eines Verzögerungselements und einer Kappe es ermöglicht, dass brennendes Material nach vorne platzt und einen Motor der oberen Stufe zündet.

Ein "P" zeigt an, dass der Motor "eingesteckt" ist. In diesem Fall gibt es keine Ausstoßladung, aber eine Kappe ist vorhanden. Ein verstopfter Motor wird in Raketen verwendet, die kein Standard-Wiederherstellungssystem benötigen, wie kleine Raketen, die taumeln oder R/C-Segelflugzeugraketen. Verstopfte Motoren werden auch in größeren Raketen verwendet, wo elektronische Höhenmesser oder Timer verwendet werden, um den Einsatz des Bergungssystems auszulösen.

Zusammengesetzte Motoren haben normalerweise einen Buchstaben oder eine Buchstabenkombination nach der Verzögerungslänge, die angibt, welche der verschiedenen Treibmittelformulierungen des Herstellers (was zu farbigen Flammen oder Rauch führt) in diesem bestimmten Motor verwendet wird.

Wiederaufladbare Motoren

Aerotech Wiederaufladbare Motorgehäuse. Von links: 24/40, 29/40-120, 29/60, 29/100, 29/180, 29/240

Wiederaufladbare Raketenmotoren werden auf die gleiche Weise wie oben beschriebene Einweg-Modellraketenmotoren spezifiziert. Sie haben jedoch eine zusätzliche Bezeichnung, die sowohl den Durchmesser als auch den maximalen Gesamtimpuls des Motorgehäuses in Form von Durchmesser/Impuls angibt. Danach gibt es eine Reihe von Buchstaben, die den Treibmitteltyp angeben. Allerdings verwenden nicht alle Unternehmen, die wiederaufladbare Motorsysteme herstellen, die gleichen Bezeichnungen für ihre Motoren.

Ein Aerotech Consumer Aerospace Reload, das für ein 29-Millimeter-Gehäuse mit einem maximalen Gesamtimpuls von 60 Newton-Sekunden ausgelegt ist, trägt zusätzlich zu seiner Impulsspezifikation die Bezeichnung 29/60.

Motoren von Cesaroni Technology Incorporated (CTI) verwenden jedoch eine andere Bezeichnung. Sie haben zuerst "Pro", gefolgt von einer Zahl, die den Durchmesser des Motors in Millimetern angibt, zum Beispiel ist ein Pro38-Motor ein Motor mit 38 mm Durchmesser. Danach gibt es eine neue Zeichenfolge, so dass zuerst der Impuls in Newton-Sekunden , gefolgt von der Motorklassifizierung, dem durchschnittlichen Schub in Newton , gefolgt von einem Bindestrich und der Verzögerungszeit in Sekunden. Ein Pro29 110G250-14 ist beispielsweise ein G-Motor mit 110 Ns Impuls, 250 N Schub und einer Verzögerung von 14 Sekunden.

Modellraketenwiederherstellungsmethoden

Modell- und Hochleistungsraketen sind so konzipiert, dass sie sicher geborgen und wiederholt geflogen werden können. Die gängigsten Bergungsmethoden sind Fallschirm und Streamer. Der Fallschirm wird normalerweise durch die Ausstoßladung des Triebwerks ausgeblasen, die vom Nasenkonus abspringt. Der Fallschirm wird am Nasenkonus befestigt, so dass er den Fallschirm herauszieht und eine weiche Landung macht.

Erholung im Federgewicht

Der einfachste Ansatz, der nur für kleinste Raketen geeignet ist, besteht darin, die Rakete nach dem Auswerfen des Motors wieder auf den Boden flattern zu lassen. Dies unterscheidet sich geringfügig von der Tumble-Recovery, die auf einem System beruht, um die Rakete zu destabilisieren, um zu verhindern, dass sie auf ihrem Weg zurück zur Erde in eine ballistische Flugbahn eindringt .

Sturzwiederherstellung

Ein anderer einfacher Ansatz, der für kleine Raketen – oder Raketen mit einer großen Querschnittsfläche – geeignet ist, besteht darin, die Rakete zur Erde zurückfallen zu lassen. Jede Rakete, die beim Fallen eine stabile, ballistische Flugbahn einschlägt, ist für die Fallrückgewinnung nicht sicher. Um dies zu verhindern, nutzen einige dieser Raketen die Ausstoßladung, um das Triebwerk nach hinten zu schieben, wodurch der Massenschwerpunkt hinter den Druckpunkt verschoben wird und die Rakete dadurch instabil wird.

Nasenschlag Erholung

Eine weitere sehr einfache Wiederherstellungstechnik, die in sehr frühen Modellen in den 1950er Jahren und gelegentlich in modernen Beispielen verwendet wurde, ist die Nasenschlag-Wiederherstellung. Dies ist , wo die Ausstoßladung des Motors die auswirft Bugkonus der Rakete ( in der Regel durch einen angebrachten Zugschnur aus Gummi, Kevlar Schnur oder einer anderen Art von Kord hergestellt) aus dem Körperrohr, die Rakete des aerodynamisches Profil zu zerstören, was zu stark erhöhten drag und die Fluggeschwindigkeit der Rakete auf eine sichere Landegeschwindigkeit zu reduzieren. Nase-Blow-Recovery ist im Allgemeinen nur für sehr leichte Raketen geeignet.

Fallschirm/Streamer

Ein typisches Problem bei der Fallschirmbergung.

Der Fallschirm/Streamer-Ansatz wird am häufigsten bei kleinen Modellraketen verwendet, kann jedoch auch bei größeren Raketenmodellen verwendet werden, da die Größe des Fallschirms mit der Größe der Rakete stark zunimmt. Es nutzt die Auswurfkraft des Motors, um den Fallschirm oder Streamer auszulösen oder auszustoßen. Der Fallschirm wird entweder direkt mit einer Reißleine am Körper befestigt oder indirekt, wenn er am Nasenkonus befestigt ist, der mit einer Reißleine am Körper befestigt ist. Typischerweise wird ein Ball oder eine Masse aus feuerfestem Papier oder Material in den Körper vor dem Fallschirm oder Streamer eingeführt. Dadurch kann die Ausstoßladung das feuerfeste Material, den Fallschirm und den Nasenkegel vorantreiben, ohne die Bergungsausrüstung zu beschädigen. Der Luftwiderstand verlangsamt den Fall der Rakete und endet in einer sanften, kontrollierten und sanften Landung.

Gleiterholung

Bei der Gleitrückgewinnung entfaltet die Auswurfladung entweder ein Tragflügel (Flügel) oder trennt ein Segelflugzeug vom Motor. Wenn es richtig getrimmt ist, wird die Rakete/das Segelflugzeug in einen spiralförmigen Gleitflug eintreten und sicher zurückkehren. In einigen Fällen werden funkgesteuerte Raketengleiter von einem Piloten zur Erde zurückgeflogen, ähnlich wie R/C- Modellflugzeuge geflogen werden.

Einige Raketen (normalerweise lange, dünne Raketen) haben die richtigen Proportionen, um sicher mit dem Schwanz voran zur Erde zu gleiten. Diese werden als „Rückläufer“ bezeichnet.

Hubschrauberbergung

Die Ausstoßladung entfaltet durch eine von mehreren Methoden Rotorblätter im Helikopter- Stil und die Rakete dreht sich automatisch zurück zur Erde. Die Wiederherstellung des Hubschraubers erfolgt normalerweise, wenn der Rückstoß des Triebwerks Druck erzeugt, wodurch der Nasenkonus herausspringt. Es sind Gummibänder mit dem Nasenkonus und drei oder mehr Klingen verbunden. Die Gummibänder ziehen die Blätter heraus und bieten genug Widerstand, um die Landung zu mildern. Bei einigen Raketen werden die Flossen auch als Klingen verwendet. In diesen schiebt die Ausstoßladung ein Rohr hinein, in dem Laschen aus der Rakete herausragen, die die Flossen während des Starts halten. Dann gibt die Lasche die am Gummiband gezogenen Flossen frei und schwenkt sie in die Helikopterposition.

Vortriebserholung

Eine sehr kleine Anzahl von Modellraketen ist so konzipiert, dass sie durch einen motorisierten Abstieg geborgen werden kann. Dazu gehören Echo (2018-2020) und Scout-E (2020-) von BPS.space. Beide Programme verwenden einen fortschrittlichen Flugcomputer, um einen zweiten Motor zu zünden, nachdem der erste ausgeworfen wurde. Die Rakete verwendet dann TVC, um das Fahrzeug auf seinem Weg nach unten zu lenken. Bis heute hat keines der Programme eine vollständig erfolgreiche Landung erreicht, wobei der Motor oft zu früh abschaltet und die Rakete fällt und abprallt oder der Motor zu spät abschaltet und das Fahrzeug wieder hochfährt. Dies ist hauptsächlich auf die Unvorhersehbarkeit von Hobby-Feststoffraketenmotoren zurückzuführen. Eine erfolgreiche Landung im Jahr 2021 wird erwartet.

Instrumentierung

Luftaufnahmen

Kameras und Videokameras können auf Modellraketen gestartet werden, um während des Fluges Fotos zu machen. Modellraketen, die mit der Astrocam, der Snapshot-Filmkamera oder der Oracle oder neueren Astrovision-Digitalkameras (alle von Estes hergestellt) oder mit selbstgebauten Äquivalenten ausgestattet sind, können verwendet werden, um Luftaufnahmen zu machen .

Diese Luftaufnahmen können auf viele Arten gemacht werden. Es können mechanisierte Zeitgeber verwendet werden, oder es können passive Methoden verwendet werden, wie zum Beispiel Schnüre, die von Klappen gezogen werden, die auf den Windwiderstand reagieren. Mikroprozessorsteuerungen können ebenfalls verwendet werden. Geschwindigkeit und Bewegung der Rakete können jedoch zu verschwommenen Fotos führen und sich schnell ändernde Lichtverhältnisse, wenn die Rakete vom Boden zum Himmel zeigt, können die Videoqualität beeinträchtigen. Videoframes können auch zusammengefügt werden, um Panoramen zu erstellen. Da Fallschirmsysteme anfällig für Ausfälle oder Fehlfunktionen sein können, müssen Modellraketenkameras vor dem Aufprall auf den Boden geschützt werden.

Es gibt auch Raketen, die kurze digitale Videos aufnehmen. Es gibt zwei auf dem Markt weit verbreitete Modelle, die beide von Estes hergestellt werden: Astrovision und Oracle. Die Astrocam nimmt 4 (als 16 beworben und beim Abspielen des Videos angezeigt, aber im wirklichen Leben 4) Sekunden Video auf und kann auch im Flug drei aufeinanderfolgende digitale Standbilder mit einer höheren Auflösung als das Video aufnehmen. Es dauert von der Größe B6-3 bis C6-3 Motoren. Das Orakel ist eine kostspieligere Alternative, kann aber den gesamten oder den größten Teil seines Fluges und seiner Bergung erfassen. Im Allgemeinen wird es bei "D"-Motoren verwendet. Das Orakel ist länger auf dem Markt als das Astrovision und hat einen besseren allgemeinen Ruf. Aber auch "Schlüsselbundkameras" sind weit verbreitet und können an fast jeder Rakete verwendet werden, ohne den Luftwiderstand wesentlich zu erhöhen.

Es gibt auch experimentelle hausgemachte Raketen mit integrierten Videokameras mit zwei Methoden zum Aufnehmen des Videos. Eine besteht darin, das Signal zur Erde zu senden, wie bei der BoosterVision-Kameraserie. Die zweite Methode dafür besteht darin, es an Bord aufzuzeichnen und nach der Wiederherstellung herunterzuladen, die Methode, die von den oben genannten Kameras verwendet wird (einige Experimentatoren verwenden dafür die Aiptek PenCam Mega, die niedrigste mit dieser Methode nutzbare Leistung ist ein C- oder D-Motor).

Instrumentierung und Experimente

Modellraketen mit elektronischen Höhenmessern können elektronische Daten wie Höchstgeschwindigkeit, Beschleunigung und Höhe melden und/oder aufzeichnen. Zwei Methoden zur Bestimmung dieser Größen sind, a) einen Beschleunigungsmesser und einen Timer zu haben und von der Beschleunigung zur Geschwindigkeit und dann zur Höhe rückwärts zu arbeiten und b) ein Barometer mit einem Timer an Bord zu haben und die Höhe (von der Differenz des Drucks auf dem Boden zum Druck in der Luft) und vorwärts mit dem Zeitpunkt der Messungen auf Geschwindigkeit und Beschleunigung zu arbeiten.

Raketenmodellierer experimentieren oft mit Raketengrößen, -formen, -nutzlasten, mehrstufigen Raketen und Wiederherstellungsmethoden. Einige Raketenbauer bauen maßstabsgetreue Modelle von größeren Raketen, Weltraumwerfern oder Raketen.

Hochleistungsrakete

Wie bei Low-Power-Modellraketen werden auch High-Power-Raketen aus leichten Materialien hergestellt. Im Gegensatz zu Modellraketen erfordern Hochleistungsraketen oft stärkere Materialien wie Glasfaser , Verbundwerkstoffe und Aluminium, um den höheren Belastungen bei Flügen standzuhalten, die oft Geschwindigkeiten von Mach 1 (340 m/s) und über 3.000 m (9.800 ft) Höhe überschreiten . Aufgrund des potenziellen Risikos für andere Luftfahrzeuge ist häufig eine Abstimmung mit den zuständigen Behörden erforderlich.

Hochleistungsraketen werden von größeren Motoren von Klasse H bis Klasse O angetrieben und/oder wiegen beim Abheben mehr als 3,3 lbs oder 1.500 Gramm . Ihre Motoren sind fast immer wiederaufladbar und nicht zum einmaligen Gebrauch, um die Kosten zu senken. Die Wiederherstellung und/oder die mehrstufige Zündung können durch kleine Bordcomputer eingeleitet werden, die einen Höhenmesser oder Beschleunigungsmesser verwenden, um zu erkennen, wann Motoren gezündet oder Fallschirme eingesetzt werden müssen.

Hochleistungsraketen können große Nutzlasten tragen, einschließlich Kameras und Instrumenten wie GPS- Einheiten.

Unterschiede zur Modellrakete

Eine Hochleistungsrakete muss mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllen:

  • Die Rakete wiegt mehr als 1.500 Gramm
  • Der verwendete Motor enthält mehr als 125 Gramm Treibmittel
  • Der verwendete Motor hat einen Impuls von mehr als 160 Newton-Sekunden (ist eine H-Klasse oder höher) oder verwendet mehrere Motoren mit einem Gesamtimpuls von mehr als 320 Newton-Sekunden.
  • Die genauen Anforderungen variieren von einer Gerichtsbarkeit zur anderen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links