Raketenflug

Hmm, also irgendwie ist das immer noch unverständlich beschrieben (sorry).

Für mich hört sich das nach einer "Rückwärtsrechnung" an. Trägerdaten und Zieldaten sind gegeben. Von dort kann man praktisch berechnen, welche Gravity-Turn-Bahn mit dieser Rakete dieses Ziel erreicht. Wenn die Aufgabe gut gestellt ist, beginnt diese Bahn irgendwo "über" dem Startplatz. Die letzte Differenz zwischen Startplatz und Beginn der Gravity-Turn-Bahn, ist dann der vertikale Aufstieg.

Aber mit solchen Rechnungen habe ich mich schon lange nicht mehr beschäftigt. Vielleicht übersehe ich auch etwas, oder schätze deine gegebene Aufgabenstellung falsch ein.

Bei der Challenger hat auch keine Explosion stattgefunden. Grund war, dass das LH2 viel zu kalt war. Dadurch konnte das LH2 nicht schnell genug zünden, um eine Detonation auszulösen. Nachdem der ET auseinandergefallen war, trat das LH2 und LOX aus. Dies dehnte sich natürlich sofort aus und entzündete sich. Das war ein Abbrennen, sogenannte Deflagration.

Wäre es zu einer Detonation gekommen, also mit einer Druckwelle und einer Detonationsgeschwindigkeit überhalb der Schallgeschwindigkeit, wäre das Shuttle augenblicklich zerstört worden, was die gesamte Crew auf der Stelle getötet hätte.

Wenn der Schub so ruckartig abfällt ist das, als würde man einem Auto hinten drauf fahren. Diesen Hopser macht das Treibstoffsystem, der Tank oder was auch immer nicht mit.

Wobei bei deinem Beispiel mit dem Auto beim Aufprall eine starke negative Beschleunigung auftritt, weil die Geschwindigkeit über einen kurzen Zeitraum stark sinkt. Beschleunigung ist ja definiert mit a=dv/dt.

Während bei plötzlichem Schubverlust durch Abtrennen der SSRB das Shuttle nur weit weniger stark beschleunigt wird. Dies erzeugt einen sogenannten Ruck, weil sich die Beschleunigung über einen kurzen Zeitraum stark ändert. Der Ruck ist definiert als j=da/dt. Änderung der Beschleunigung durch Änderung der Zeit.

Du hast zwar den Begriff "ruckartig" richtig verwendet, allerdings ist das Beispiel nicht ganz passend.

Gruß  

Wobei bei deinem Beispiel mit dem Auto beim Aufprall eine starke negative Beschleunigung auftritt

Gegenüber dem Zustand der Beschleunigung ist deren ruckartiges Nachlassen auch von der Auswirkungen her mit einer starken negativen Beschleunigung zu vergleichen.

Genauer: Wenn ich im Shuttle sitze und mit 3g in den Sattel gedrückt werden und plötzlich der Schub weg ist, dann gibt es einen guten Hopser nach vorne. Genau als wenn ich gegen ein Auto knalle. Gut zu sehen bei dem Film Apollo 13 und der Raketenstufentrennung. Ich glaube Tom Hanks sagt davor: Macht Euch auf einen kleinen Hopser gefasst. Und zack liegen Sie in der Gurten. Wie beim Auffahrunfall.

Zumindest ich finde das Beispiel daher ganz passend für die grobe Vorstellung... (Mein Beispiel soll auch keine exakte physikalische Erklärung liefern sondern nur so das Gefühl abbilden, was dann so ungefähr passiert....)

Gruß, Klaus

Zumindest ich finde das Beispiel daher ganz passend für die grobe Vorstellung... (Mein Beispiel soll auch keine exakte physikalische Erklärung liefern sondern nur so das Gefühl abbilden, was dann so ungefähr passiert....)

Gruß, Klaus

Ich weiß, wobei sich bei bei dem Auto auch ein Ruck ergbit, weil sich die Beschleunigung beim Aufprall über einen kurzen Zeitraum stark ändert. Der Unterschied ist halt, dass beim Auto zusätzlich noch eine starke Beschleunigung auftritt.

Aber ich weiß ja, was Du gemeint hast. Das war nicht belehrend gemeint, sondern mehr ergänzend. Dein Beispiel ist natürlich dann auch ganz passend. Das dein Beispiel nicht passend, nehme ich wieder zurück.

Gruß  

Wobei ich dieses Beispiel von der Stufentrennung grade merkwürdig finde, jetzt, wo ich drüber nachdenke.

Wenn ich mit dem Auto vollgas gebe (nehmen wir mal meinen Bughatti mit 1000PS als Beispiel  ) und dann ruckartig vom Gas gehe landet man doch nicht in den Gurten oder? Bei Apollo 13 passiert das... 

Hmmm....

Gruß, Klaus

Wobei ich dieses Beispiel von der Stufentrennung grade merkwürdig finde, jetzt, wo ich drüber nachdenke.

Wenn ich mit dem Auto vollgas gebe (nehmen wir mal meinen Bughatti mit 1000PS als Beispiel  ) und dann ruckartig vom Gas gehe landet man doch nicht in den Gurten oder? Bei Apollo 13 passiert das...  

In dem Fall ergibt sich ein starker Ruck, was zu Schwingungen führt. Du hast schon Recht, wenn Du schreibst, dass dies beim Shuttle zu starken Belastungen führt. Das Shuttle wird stark beschleunigt, nach Abtrennung der SSRB plötzlich weit weniger stark. Dadurch ergibt sich dann ein Ruck, welcher zu Schwingungen führt. Das sind dann die Belastungen.

Gruß  

Bzgl. der Szene bei Apollo 13:

Die Rakete ist im hohen Überschallflug in der hohen Atmosphäre, plötzlich ist der Schub weg und der aerodynamische Widerstand bremst. Diese Kraftwirkung kann den Astronauten nur durch die Gurte vermittelt werden ...  so zumindest meine Ursachenanalyse.

@manuma
Ich kann deiner Argumentation, dass [tex]\frac{da}{dt}[/tex] ein "Ruck" ist, nicht folgen. Was ist ein Ruck? Welche physikalische Größe soll das sein?
Es gilt erst mal nur: [tex]m\frac{da}{dt}=\frac{dF}{dt}[/tex], eine Änderung der Kraft ist eine Änderung des Beschleunigungszustands.

aerodynamische Widerstand bremst.

Na klar *ditsch*  Ich war gedanklich schon im Vakuum!

Gruß, Klaus

Wenn ich mit dem Auto vollgas gebe (nehmen wir mal meinen Bughatti mit 1000PS als Beispiel  ) und dann ruckartig vom Gas gehe landet man doch nicht in den Gurten oder? Bei Apollo 13 passiert das... 

Stell's Dir mal mit einem Motorrad vor, bei dem die Beschleunigung einiges stärker ist: Volle Kanne von 0 auf 200 Beschleunigen aber stattdessen bei 90 das Gas wegnehmen. Da schiebt (oder zieht?) es Dich schon ganz nett nach vorn :-)

Da schiebt (oder zieht?) es Dich schon ganz nett nach vorn :-)

Ist das so? Also dann müsste der Effekt bei einer 250ps Karre die ich durchaus schonmal gefahren bin, auch (abgeschwächt) vorhanden sein. Im Gurt hab ich da noch nicht gelegen. Aber ich werd's bei Gelegenheit nochmal ausprobieren!  

Eigentlich kann ja nur die aerodynamische Bremsung danach einen solchen Effekt hervorrufen. Nur von weniger Gas geben entsteht keine Kraft die Dich nach vorne schubst...

einem Motorrad vor, bei dem die Beschleunigung einiges stärker ist [...] bei 90 das Gas wegnehmen.

Auch wenn es Offtopic ist: Bei 90 also Gas wegnehmen? Das schafft de Bughatti in 2,2sec... ob das ein Motorrad viel schneller schafft??? Kaum... Also ob nun Motorrad oder Bughatti veyron... Wurscht für dieses Beispiel

Gruß, Klaus

Auto oder Motorrad sind kein gutes Beispiel, weil hier andere Bedingungen wirken.
Wenn man das Gas weg nimmt, wirkt die Motorbremse, Rollwiderstand der Reifen, der Getriebewiderstand und der Luftwiderstand.
Viel Bewegungsenergie nimmt dabei der Motor auf, der ohne Gas keine Leistung mehr bringt, aber mit gedreht wird.
Dabei wird Luft durch die Kolben im Brennraum komprimiert und nimmt viel Energie auf. Das bremst (negative Beschleunigung).

@manuma
Ich kann deiner Argumentation, dass [tex]\frac{da}{dt}[/tex] ein "Ruck" ist, nicht folgen. Was ist ein Ruck? Welche physikalische Größe soll das sein?
Es gilt erst mal nur: [tex]m\frac{da}{dt}=\frac{dF}{dt}[/tex], eine Änderung der Kraft ist eine Änderung des Beschleunigungszustands.

http://de.wikipedia.org/wiki/Ruck

Die Einheit sind m/s³.

Gruß 

Masseträgheit - der Ruck beim Zündschluss, beim Gas wegnehmen beim Motorrad und evtl auch Auto...

Interessant, wieder mal was gelernt. Kann mich nicht erinnern, das jemals im Studium gehört oder genutzt zu haben.

Ok, "Ruck" ist kinematisch "einfach" die dritte Ableitung des Weges nach der Zeit. Aber was steht dem als "wirkende Größe" gegenüber? Normalerweise werden Bewegungsgleichung als Summe der wirkenden Kräfte aufgestellt. Welche Wirkung erzeugt einen "Ruck"? Für mich ist das immer noch nur eine zeitliche Änderung der Kraft und keine eigenständige Größe.

Trägheit - ich finds gerade nicht, aber es gibt auch einen videomitschnitt aus einem Shuttle beim Einsatz des RCS, wo man Raumfahrer unangeschnallt schweben sieht, die dann mit einem Ruck zur Seite bewegt werden, das gleiche umgekehrt sozusagen. Säßen sie dabei mit dem Rücken zu der einwirkenden Kraft in einem Stuhl würde (optisch) nichts passieren (sie würden die Kraft im Rücken spüren) - aber es würde sie dann vom Hocker heben, wenn das RCS wieder aussetzt...

Lastwechsel sind im Fahrzeugbau zB ein Thema beim Antrieb und Fahrwerk - zB Motorräder mit Kardan usw. oder beim Fahrwerk gefederte und ungefederte Massen.

Ist schon klar, dass sich träge Massen träge verhalten. Trägheitskräfte werden über die zweite Ableitung nach der Zeit definiert: [tex]m\ddot{x}[/tex].
Aber ich sagte/meinte: von Seiten der Bewegung ist Ruck einfach als dritte Ableitung des Orts nach der Zeit definiert [tex]\frac{d^{^3}x}{dt^{^3}}[/tex].

Meine Frage war aber: Welche Ursache (erzeugende Einwirkung) soll dem gegenüberstehen? Ich sehe nur eine zeitlich variable Kraft, keine sonstwie "eigenständige Wirkgröße". Nichts anderes ist ja auch das Ausbrennen einer Stufe zusammen mit aerodynamischen Kräften: die Summer aller Kräfte ändert sich, und damit ändert sich der Beschleunigungszustand.

PS:
Wir können das hier in den Raketenflugthread packen.

Besser wäre, es in den Raketenflug-Thread zu packen.

Der Ruck ist zunächst mal j= da/dt. Wenn ein Körper sehr stark beschleunigt wird und dann plötzlich weit weniger stark, ergibt sich ein Ruck, weil die Beschleunigung sehr stark fällt. Dadurch, dass die Beschleunigung sinkt, verringert sich nicht die Geschwindigkeit, sondern diese steigt zunächst nur langsamer (Widerstandskräfte mal außen vor gelassen).

Die Beschleunigung ist ja definiert als a=dv/dt. Wenn man nun mit dem Auto beschleunigt und in eine Mauer fährt, ergibt sich eine negative Beschleunigung, weil die Geschwindigkeit fällt.

Wenn wir eine Rakete haben, welche Triebwerke in der Erststufe hat und zwei Booster an den Seiten. Wenn man nun diese Booster abtrennt, wird die Rakete zunächst nur mal weniger stark beschleunigt (Vorrausgesetzt, dass der Schub der Triebwerke ausreicht um Luftwiderstand + Erdanziehung zu kompensieren). Die Beschleunigung fällt zwar, die Geschwindigkeit fällt aber dann nicht, sondern diese erhöht sich halt nur langsamer.

Wenn ich mit dem Auto auf ein Hindernis auffahren, verringert sich Geschwindigkeit und es ergibt sich eine negative Beschleunigung. Das war der kleine Unterschied, welchen ich angemerkt habe.

Wenn der Luftwiderstand und die Erdanziehung vom verbleibenden Triebwerksschub nicht kompensiert werden können, dann fällt natürlich die Geschwindigkeit. Dann ergibt sich auch eine negative Beschleunigung. Kommt natürlich auf den Zeitpunkt der Abtrennung an.

Gruß  

Verschiebung der Kraftdiskussion aus den Shuttle-Notfallszenarien in das Thema Raketenflug und Zusammenfühung der Threads.

Wenn der Schub so ruckartig abfällt ist das, als würde man einem Auto hinten drauf fahren. Diesen Hopser macht das Treibstoffsystem, der Tank oder was auch immer nicht mit.

Hm. Beim Start, wenn die Befestigung des Shuttle an der Startrampe gelöst wird (Sprengbolzen) und also die voll laufenden Triebwerke nun das System beschleunigen, entsteht doch bestimmt (größenordnungsmäßig) derselbe Ruck, nur mit positivem Vorzeichen. Und diesen Ruck macht das System und speziell der Tank doch auch mit...

Weiter oben - und davon ging die Disk hier ja auch, wirkt aber bei Mach 5 auch noch ein gewaltiger aerodynamischer Druck auf das ganze System. Stoppt da ein Triebwerk oder ein Booster, oder trennt man die unter Last gibt das einen Kick ohne Ende.

*hhhups* jetzt ist es der andere Thread 

Hallo nochmal,

ich denke wir meinen alle ziemlich dasselbe, reden in den Formulierungen/Begrifflichkeiten vielleicht etwas aneinander vorbei und machen es dadurch komplizierter als jeder will .

Rein vom Ablauf der Bewegung über der Zeit kann man ohne weiteres die dritte Ableitung [tex]\frac{d^{^3}x}{dt^{^3}}[/tex] bilden. Das ist das beobachtbare Verhalten der bewegten Masse, eine Änderung der Beschleunigung und wird nach Quelllage als Ruck bezeichnet.

Auf der anderen Seite der Gleichung muss eine Ursache stehen, und das ist "einfach" eine zeitliche Änderung der wirkenden (Netto-)Kraft. Und das ist dann das was ich zu der Szene aus Apollo 13 geschrieben habe: Der Schub fällt weg und die Rakete hat nur noch den Widerstand "vor" sich.

Man kann diese kurzzeitige Änderung der Kräfte explizit modellieren, also diese eine oder 2 Sekunden, in denen der Schub "stirb". Dann muss man die zeitliche Änderung der Beschleunigung explizit beschreiben und bekommt auch den "Ruck" in die Gleichung.

Oder man teilt einfach den Flug in zwei Abschnitte: 1. Brennphase, 2. antriebslose Phase und ignoriert die 2s dazwischen. In der ersten Phase wirken Schub [tex]\vec{S}[/tex] und Widerstand [tex]-\vec{W}[/tex], und zwar so, dass sich netto eine positive beschleunigende Kraft [tex]\vec{F}=\vec{S}-\vec{W}[/tex] ergibt. Jetzt macht man einen Cut und beschreibt nur noch die 2. Phase. Es gibt keinen Schub mehr und es bleibt der netto wirkende Widerstand [tex]\vec{F}=0-\vec{W}[/tex]. Daraus wird auch klar, weil man jetzt bremst, warum die Astronauten in den Gurten hängen.

(Als Ingenieur tendiere ich zu der zweiten Variante ... einfacher zu lösen und zu modellieren. Wer löst schon gerne Differentialgleichungen 3. Grades für eine Phase von 2s bei 8min Flugzeit )

Genau - und zwecks Raketenflug:

Daher wahrschl. auch die Tendenz "back to the roots" also weg von STS zurück zu Spargeln ^^ - die haben mit weitaus weniger aerodynamischen Druck zu kämpfen innerhalb der ersten drei Minuten und darüber, als eben das STS... UND Kapseln lassen sich in der Startphase abtrennen.

Was mich übrigens wundert, ist, dass man nicht versucht wertvolle Nutzlast, wie eben Sats auch auf die gleiche Tour zu retten, im Fall des Falles.

Satelliten sind Leichtbauweltmeister. So einen Fluchstart würden sie nicht überleben. Eine Raumkapsel ist im Vergleich ziemlich massiv gebaut.
Gleichzeitig wiegt so ein Fluchtsystem eine ganze Menge, mehrere Tonnen. Immerhin ist das Festtreibstoff + Stahlgehäuse, was sehr sehr hoch mitgeschleppt werden muss. Ein Prinzip für eine effektive Rakete ist: so viel schwere Masse wie möglich so früh wie möglich loswerden, um Gravitationsverluste zu minimieren.
Und noch ein Aspekt ist die Komplexität, samt Landetechnik. Dadurch ergeben sich eine ganze Menge neuer Fehlerquellen, was den Aufwand treibt, um Zuverlässigkeit herzustellen.

So oft gehen Raketen ja nicht verloren ... es erscheint daher sinnvoller in sichere und effektive+effiziente Raketen investieren, anstelle am "falschen Ende" die Lösung zu suchen.

Leute, das kennt man doch vom Stehen im Bus. Bei jeder Beschleunigungsänderung droht man immer nach vorne, hinten oder zur Seite zu fallen. Besonders interessant, wenn es gerade keine Gelegenheit zum Festhalten gibt und man die Beschleunigungsänderungen durch akrobatische Einlagen kompensieren muss.