Raketengleichung - Raketenstufung Flashcards
(15 cards)
Definition : massenspezifischer Impuls
Im = ce
Defintion : gewichtspezifischer Impuls
Is = ce/g0
Definition : Gesamtimpuls einer Rakete
I(total) = Integral of F dt für F=kont. ->I(total) = F*t
Ziolkowsky Gleichung + Bedeutung der Größen
delta V(ch) = ce*ln(m0/mB) delta V(ch) = Charakteristische Geschwindigkeitsänderung ce = mittlere Austrittsgeschwindigkeit m0 = Startmasse mB = Masse bei Brennschluss
Drei Voraussetzungen der Ziolkowskygleichung zur Herleitung
- Kräftefreier Raum
- Rechnung erfolgt im inertialen Bezugssystem
- ce = konst. (ce beinhaltet alle Verluste)
Gleichung für eine 2 stufige Rakete (Tandemstufung)
delta v(ges) = delta v1 + delta v2 = ce * ln(m0,1/mb,1) + ce * ln (m0,2/mb,2) mit mbi = m0,i - mT,i
Warum gilt die Ziolkowsky GLeichung nur für eine einstufige Rakete ?
Weil jede Stufe mit einer anderen Masse beginnt, die verschieden von der Brennschlussmasse der vorhergehenden Stufe ist - die leere Stufe wird abgeworfen
wie ist der gewichtsspezifische Impuls definiert und welche Dimensionen hat er ?
Is = ce/g0 = Schubkraft durch Treibstoffgewichtsdurchsatz = F/(g0*dm/dt)
Wie viel Prozent der Gesamtmasse der Stufe 1 einer Trägerrakete entfällt typischerweise auf die Struktur und die Motoren ?
Das Strukturmassenverhältnis liegt zwischen 0.05 und 0.2 (Nutzlast liegt ungefähr bei 1-2%)
Weshalb ist das Antriebsvermögen einer einstufigen Rakete begrenzt ? Schätzen sie die praktische Grenze für dieses Antriebsvermögen zahlenmässig ab !
Bei chemischen Raketen ist das Antriebsvermögen durch den spezifischen Energieinhalt der chemischen Brennstoffe begrenzt (Siehe Frage 95 ce <_ 3*ce) Momentan 9km/s
Welches sind ihrem Prinzip nach die 2 wichtigsten Stufungsarten für Raketen ? Zwei Beispiele
Tandemstufung : Saturn V, Ariane I
Parallelstufung : Space Shuttle, Ariane IV, Vostok
Nennen vorteile der Parallelstufung gegenüber Tandemstufung
Vorteile :
- gesamtes installiertes Triebwerkgewicht wird whärend der gesamten Antriebsphase genutzt
- höhere Startbeschleunigung
- kleinere Biegemomente
- geringere Gravitationsverluste
Nennen nachteile der Parallelstufung gegenüber Tandemstufung
- erhöhte aerodynamische Verluste
- höhere Strukturbelastung
- Verlust an spez. Impuls bzw. effektiver Austrittsgeschwindigkeit, weil die Düsenquerschnitte schlechter an den breiten Einsatzbereich angepasst sind.
Beschreiben sie die Stufung des Space shuttle (gesamte Aufstiegsphase! ) Wodurch unterscheidet sich dieses System in dieser hinsicht von anderen Trägerraketensysteme ?
Die Stufung ist eine Parallelstufung. Das Space Shuttle System besteht aus einem Haupttriebwerk (SSME), zwei Feststoffbooster und eine externen Tankeinheiten
- Phase : SSME (nutzt ET) und 2 SRB
- Phase: SSME alleine bis ET leer (zuvor Abwurf der SRB)
- Phase: SSME nutzt eigenen Tank (ET wird zuvor abgeworfen)
Unterschiede :
- Nahezu reine Parallelschaltung
- Teilweise wiederverwendbar
- Landung der crew erfolgt horizontal
- Muss bemannt sein , um sinnvoll zu fliegen und zu funktionieren
- Extremes Ladevolumen und sehr Nutzlastkapazität
Beschreiben sie die Stufung der Ariane V und Ihre Besonderheiten
Die Ariane V besitzt eine Unterstufe mit 2 parallel geschalteten Boostern und eine Oberstufe
Besonderheiten :
- Hybridstufung, da sowohl Parallelstufung als auch Tandemstufung vorliegt.
