Flugdatenanalyse Falcon 9v1.2

Wäre es denn für dich denkbar, die Rohdaten - also nur die ausgelesene Zeit, Höhe und Geschwindigkeit - irgendwo hochzuladen (Dropbox, Google Docs, ect)?

Ich bin relativ genervt von meinen Tessaract Ergebnissen und mit fehlt die Geduld, mich da reinzufuchsen um die Ergebnisse zu verbessern 

Da habe ich kein Problem mit. Habe Dir ne PN geschickt bezüglich Dropbox.

Zitat von: Hugo am 15. Juni 2016, 23:48:44

Zentripetalkraft sollte gleich Gravitationskraft sein. Eventuell musst du noch die Erddrehung berücksichtigen, dadurch erhöht sich die horizontale Geschwindigkeit um ein paar 100 m/s.

Ich habe jetzt die Erddrehung mit hinzugefügt. Es sind 407 m/s am Startplatz, bzw 419 m/s wenn die Rakete bereits eine Höhe von 165 km hat.

Vorher war die Zentripetalkraft 8.88 m/s² (0,44 zu niedrig)
Jetzt ist sie 9.89 m/s² (0,56 zu hoch)

--> Da stimmt doch irgend etwas nicht.


- Meine Formel ist (Geschwindigkeit^2) / Radius.
- Die Geschwindigkeit der Rakete ist 7621 m/s
- Die Geschwindigkeit der Erde (in 165 km Höhe bei 28,5°N) ist 419 m/s
- Der Radius der Erde ist  6371000 m

Oder ist die Zentripetalkraft im Perigäum größer als die Erdanziehungskraft, und dadurch entfernt sie sich?

Das könnte ungefähr hinkommen. Am Ende des zweiten Brennvorgangs ist die Flughöhe der F9 bei über 400 km, wenn ich mich recht erinnere. Sie entfernt sich also von der Erde während der coast-Phase.

Wie versprochen die Grafiken von CRS8. Ausgewertet habe ich die Sekundendaten, also jede Sekunde ein Messwert. Die Auswertung von 30 Messwerten je Sekunde wird noch etwas dauern.

Die Schritte vom Video bei Youtube bis zum Posting hier:
Schritt 1) Bereitstellen der Videodatei
Schritt 2) Umwandeln "Avi nach JPG" (Bis zu 10 GB Speicherplatz)
Schritt 3) OCR auf die JPGs
Schritt 3a) Möglicherweise Modifizierung der Software
Schritt 4) Erstellung der Rohdatentabelle mit Fehlerbeseitigung
Schritt 5) Erstellung der Kurven
Schritt 5a) Möglicherweise Modifizierung der Kurvenerstellung (je nach Flugprofil)
Schritt 6) Hochladen der Kurven ins Internet
Schritt 7) Posting hier verfassen

Und nun die Kurven. Die Zentripetalkraft ist mit der neuen Formel berechnet, die Eigenrotation der Erde wird mit berücksichtigt.

Rohdaten:







MaxQ:



Beschleunigungen:








Schub:






Gewichte:






Geschwindigkeiten:





Flugwinkel:


Flugstrecken:





Triebwerke:



Temperaturen:





Test:
Es folgt ein Testbild (die Überschrift ist nicht wirklich richtig). Mit dem Bild habe ich den CW Wert neu bestimmt. Die Rakete verjüngt sich nicht mehr. Es gibt somit weniger Fläche wo Transsonische Ströhmung auftreten kann. Nehme ich die CW-Kurve von F9 mit Fairring sieht man daß der Schub nicht mehr stimmt. Ich habe mit dem folgenden Bild die CW-Werte so weit geschätzt, bis die Kurve optisch gut aussah. Erstaunlicherweise gibt es gar keine Transsonische Ströhmung gemäß der Daten. Echte Flügel wie ein Flugzeug hat eine Rakete ja auch nicht.

Beschleunigungen:

Hier müssen sich Zentripetalkraft und Gravitation aufheben, weil der CRS- Orbit quasi kreisförmig ist. Die Rakete startet in eine höhere Inklination, deshalb ist der Effekt der Erdrotation kleiner. Pass mal den Wert der Erdrotation so an, dass beide Beschleunigungen gleich sind.

@Tobi: Ich stimme Dir zu. Folgt die nächsten Tage.

Doppelpost in "Fludatenanalyse" und "BlueOrigin": Ich habe angefangen die Flugdaten von BE Flug auszuwerten. Leider gibt es hierbei größere Probleme. Zum einen verwendet BE eine Kursivschriftart. Dieses kann ich entzerren. Aber die Ziffern sind auch sehr dicht zusammen und überschneiden sich. Meine Erkennung auf Ziffern basiert auf der Logik, daß eine reihe weiße Pixel da ist. Hier muss ich wohl noch etwas umprogrammieren. Zum anderen sind deutliche Ruckler in den Telemetriedaten. Gerade am Start. Zum glück sind die danach eher selten.

Da das sicher ein paar Tage dauern wird, hier vorab die erste Grafik:


Die derzeitigen Problemziffern:

Hugo, zum unten zitierten Post hast du, glaube ich, den Fehler gemacht die Geschwindigkeit der Erdumdrehung in der Hoehe nach dem Abheben einzusetzen. Meinem Verstaendnis nach hat die Rakete zwar sehr wohl die Horizontalgeschwindigkeit der Erdumdrehung von Beginn an, bekommt aber keine zusaetzliche Geschwindigkeit wenn sie weiter aufsteigt (sprich: 407m/s kommen von Anfang an dazu, aber nicht mehr. Keine 419m/s spaeter z.B.).

Die Differenz von Zentripetalkraft minus Erdanziehungskraft sollte im Perigäum (positive Differenz) sowie im Apogäum (negative Differenz) am groessten sein. Aber das wird jetzt langsam theoretisch und ich kann mich irren

Ich habe jetzt die Erddrehung mit hinzugefügt. Es sind 407 m/s am Startplatz, bzw 419 m/s wenn die Rakete bereits eine Höhe von 165 km hat.

Vorher war die Zentripetalkraft 8.88 m/s² (0,44 zu niedrig)
Jetzt ist sie 9.89 m/s² (0,56 zu hoch)

--> Da stimmt doch irgend etwas nicht.


- Meine Formel ist (Geschwindigkeit^2) / Radius.
- Die Geschwindigkeit der Rakete ist 7621 m/s
- Die Geschwindigkeit der Erde (in 165 km Höhe bei 28,5°N) ist 419 m/s
- Der Radius der Erde ist  6371000 m

Oder ist die Zentripetalkraft im Perigäum größer als die Erdanziehungskraft, und dadurch entfernt sie sich?

Hugo, zum unten zitierten Post hast du, glaube ich, den Fehler gemacht die Geschwindigkeit der Erdumdrehung in der Hoehe nach dem Abheben einzusetzen. Meinem Verstaendnis nach hat die Rakete zwar sehr wohl die Horizontalgeschwindigkeit der Erdumdrehung von Beginn an, bekommt aber keine zusaetzliche Geschwindigkeit wenn sie weiter aufsteigt (sprich: 407m/s kommen von Anfang an dazu, aber nicht mehr. Keine 419m/s spaeter z.B.).

Die Geschwindigkeit im Webcast ist die Geschwindigkeit in einem mitrotierendem Koordinatensystem. Die Geschwindigkeit der Erddrehung muss also immer auf die ausgerechnete Horizontalgeschwindigkeit draufgerecht werden und zwar je höher die Rakete, desto mehr muss drauf gerechnet werden.

Die Geschwindigkeit ist v_horizontal = omega x (R+h) x faktor.

omega = Winkelgeschwindigkeit der Erde
R = Erdradius
h = Flughöhe
faktor = Faktor zur Berücksichtigung der Umrechnung 3D in 2D, Inklination etc..

Im geostationären Orbit hättte die F9 eine Geschwindigkeit von Null im Webcast.

Ich hab die Lösung.

Meine Rechnung bisher:
F9: 7530 m/s
Erde: 420 m/s
Summe (falsch) 7950 m/s.

Aber: Die ISS hat eine Inclination von 51,4 Grad. Diese Inclination hat somit auch die Falcon 9 am Ende der Flugbahn. Bei dieser Inclination gehen nur 62,1% der Geschwindigkeit mit ein. (Vergleich: Hätte die ISS eine Inclination von 90° wäre egal wie schnell die Erde unter der F9 dreht, die Geschwindigkeiten addieren sich jetzt nicht mehr)

Neue rechnung:
F9: 7530 m/s
Erde: 420 * 61,1% m/s
Summe (neu): = 7790 m/s

Und damit entsteht folgende Kurve:



Was jetzt noch falsch ist: Ich rechne ab dem Start mit 51,4°. In Wirklichkeit sollte ich beim Start noch mit 28,5 rechnen, diese mit der ersten Stufe bei 28,5 belassen und mit der zweiten Stufe kontinuierlich auf 51,4° erhöhen. Der Unterschied sollte in der Kurve nicht/kaum erkennbar sein.

Was jetzt noch offen ist: Welche Inclination hat die Falcon 9 bei anderen Orbts? Senken soll ja sehr schwer sein. In den Bildern von SpaceX sieht man, daß sie leicht weniger wird. Kann ich hier mit 5 Grad Senkung rechnen für die 2. Stufe? und weiteren 2 Grad für die Wiederzündung? Die zahlen habe ich einfach mal frei geraten.
Dann ist nur noch

[...]
Was jetzt noch offen ist: Welche Inclination hat die Falcon 9 bei anderen Orbts? Senken soll ja sehr schwer sein. In den Bildern von SpaceX sieht man, daß sie leicht weniger wird. Kann ich hier mit 5 Grad Senkung rechnen für die 2. Stufe? und weiteren 2 Grad für die Wiederzündung? Die zahlen habe ich einfach mal frei geraten.
Dann ist nur noch

Also die Inklination der finalen GTO-Bahn ist unterschiedlich, bei einigen Starts wird die kaum abgebaut, so rund 27,5° hab ich da im Kopf. Bei Thaicom 8 zum Beispel haben sie aber auch viel Inklination abgebaut, da beträgt sie nur noch 21,21°: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=14288.msg364127#msg364127

Die Frage ist nur wann sie das machen. Ich denke da wird auch schon die Erststufe einiges dazugetan haben, man sah da bei dem Startvideo von Thaicom 8 recht deutlich einen Anstellwinkel der Rakete.

Danke Gerry für die Zahlen. Ich werde das als Variable einprogrammieren. Dann kann ich das für jeden Flug einzeln eintragen. Es sind eh schon viele Daten geschätzt, aber je besser man schätzt, desto besser sind ja auch die Kurven

Das OCR auf das Video läuft Gut 1/3 ist fertig. Eine kleine Vorschau aus Excel, man sieht den Rückgang in der Beschleunigung für/bei MaxQ.



Man sieht wieder deutlich einen Beschleunigungseinbruch bei 2 Sekunden. Ich habe mir mal die Mühe gemacht und Bild für Bild zu analysieren, ich bin ziemlich sicher, daß dieser Beschleunigungseinbruch bei 2 Sekunden, bzw. ca. 13 km/h wirklich stattfindet. Die Rakete ist dann 13 km/h schnell, beschleunigt aber nicht weiter. (Sie bewegt sich, aber immer gleich schnell) Das ist ca dann, wenn die Kabel abgetrennt werden. Kann es sein, daß es dann eine Wechselwirkung gibt bei den ausströmenden Gasen, zwischen den Gasen welche durch den Ablufttunnel nach unten weg geleitet werden und den Gasen welche auf die Startrampe treffen und hier für Verwirbelungen sorgen?

Wenn man die Daten noch weniger glättet sieht man es noch stärker:

Vielleicht ist das ja auch Absicht, eben um z.B. ein sicheres Abtrennen der Kabel zu gewährleisten.

Die Flugdatenanalyse von CRS9 ist fertig. Ich bin bisher davon ausgegangen, daß SpaceX am Ende der Brenndauer der ersten Stufe die Triebwerke drosselt. Das habe ich auch hier mit der gleichen Formel wie vorher mit einberechnet. Aber die Kurven zeigen, daß es dieses mal wohl keine Drosselung gab. Da ich  mit Drosselung gerechnet habe, steigt der "Schub je Triebwerk" am Ende der Brenndauer kurz an.



Rohdaten:






MaxQ:



Beschleunigungen:








Schub:





Gewichte:






Geschwindigkeiten:




Flugwinkel:


Flugstrecken:





Triebwerke:



Temperaturen:

Ich habe mal die Startrate von SpaceX in einer Grafik gepackt:



Man sieht deutlich, wie SpaceX immer besser wird.

ich seh deutlich ein X
 

Wie hast du denn Starts pro Jahr berechnet? Und wieso ist das am Ende bei 11?

Ich nehme alle Starts der letzten 3 Jahre und zähle die Tage die seit dem letzten Start vergangen sind.

Das sieht dann so aus:

UTC   Tage
29.09.13 16:00   212,0347222222
03.12.13 22:41   65,2784722222
06.01.14 22:06   33,9756944444
18.04.14 19:25   101,8881944444
14.07.14 15:15   86,8263888889
05.08.14 08:00   21,6979166667
07.09.14 05:00   32,875
21.09.14 05:52   14,0361111111
10.01.15 09:47   111,1631944444
11.02.15 23:03   32,5527777778
02.03.15 03:50   18,1993055556
14.04.15 20:10   43,6805555556
27.04.15 22:14   13,0861111111
28.06.15 14:21   61,6715277778
22.12.15 01:30   176,4645833333
17.01.16 18:42   26,7166666667
04.03.16 23:35   47,2034722222
08.04.16 20:43   34,8805555556
06.05.16 05:21   27,3597222222
27.05.16 21:40   21,6798611111
15.06.16 14:29   18,7006944444
18.07.16 04:45   32,5944444444


Jetzt bilde ich aus den Tagen den Median. Der ist 33,4. SpaceX ist also im Median die letzten 3 Jahre alle 33,4 Tage gestartet.

Erklärung Median = Die Hälfte der Starts war schneller und die andere Hälfte der Starts war langsamer in diesem Fall gab es 22 Starts in den letzten 3 Jahren, davon waren 11 schneller als 33,4 Tage und 11 langsamer. Der Median ist auch der "Statistische Durchschnitt". Damit wird z.B. auch das "Durchschnittliche Einkommen" ausgerechnet. Der Vorteil ist, daß einzelne Ausreißer (Wie nach dem RUD 2015 den Durchschnitt kaum verzerren.

Da das Jahr 365,25 Tage hat gibt das 10,9 Starts im Jahr. Zugegeben, vom Median auf die Anzahl der Starts zu rechnen ist nicht gerade die beste Lösung. Aber es ist eine Lösung welche stabile/gleichmäßige Daten erzeugt.

Den Zeitraum von 3 Jahren habe ich gewählt, da ich mir dachte, das wäre ein guter Zeitraum um Erfolge oder Misserfolge in der Raumfahrt gut zu überblicken.

Hallo Hugo,

ein kleiner Tipp zur Methodik. Für solche Mengen-/Häufigkeitsdaten für verschiedene Zeitpunkte/Zeiträume sind eigentlich Balken- oder Histogramme passender/sinnvoller. Das kann man dann durch eine globale, geglättete Trendlinie ergänzen. Die Linienabschnitte "zwischen den Messpunkten" in deinem Graphen haben an sich ja keine echte Bedeutung.

@Schillrich: Ich stimme Dir zu, hier ist eine Balkengrafik angebrachter, danke für den Tipp. Ich kann ihn zwar aus Zeitgründen nicht gleich heute umsetzen, aber sicher in der Zukunft.

Hallo Hugo,

diese Zahlen (Startraten, Zwischendauern) würde ich anders berechnen: als gleitender Durschnitt der letzten x Tage.

Da sich die Werte (Zeit zwischen Starts, Startrate pro Jahr) derzeit (und historisch) immer weiter ändern, bis SpaceX einen eingeschwungenen, stabilen Zustand erreicht, macht die globale Durschnittsberechnung über alle und immer mehr Startdaten keinen Sinn. Die Werte von vor zwei oder drei Jahren sind für den aktuellen Prozess nicht mehr wirklich relevant und sollten in die Rechnung nicht eingehen.

Mach doch mal einen gleitenden Durchschnitt: jeder neue Start zusammen mit allen Starts der davor liegenden 365 Tage. Dann fallen alle alten/obsoleten Daten automatisch raus. Das kannst du auch für jeden Start der letzten Jahre so rückschauend berechnen und so die Zahlen für das beim Start jeweils abgeschlossene "Startjahr" erzeugen.

Über die Wahl der Zeitbasis für den gleitenden Durchnitt (365 Tage, oder 1/2 Jahr, oder 1/4 Jahre oder ...) kannst du hier natürlich "tricksen" (oder besser: anpassen) und unterschiedliche Ergebnisse erzeugen.

Bei den Schubwerten über die Zeit, also F(t), sieht man das wenige Sekunden nach dem Start die F9 mit ca. 6800kN Schub Beschleunigt, das sind noch 900kN weniger als auf der Webside von SpaceX steht, also wird derzeit noch nicht mit dem höheren Schub gearbeitet.

Noch ein Bild von reddit:

Quelle: https://www.reddit.com/r/spacex/comments/4xx52n/updated_launch_to_meco_flight_profiles_with_some/

Die CRS Missionen sind empfindlicher und die Falcon muss bei MaxQ den Schub stärker zurücknehmen.

Die Zahlen im Webcast sind wohl absichtlich leicht verschmiert um genaue Analysen der F9 zu verhindern. Neuerdings werden gegen Ende häufig auch Zahlen ausgeblendet.

Quelle: https://www.reddit.com/r/spacex/comments/4xx52n/updated_launch_to_meco_flight_profiles_with_some/d6j71z8