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Autor Thema: Treibstoff und Nutzlast  (Gelesen 1249 mal)

delta

  • Gast
Treibstoff und Nutzlast
« am: 13. Januar 2019, 11:42:43 »
Hallo zusammen

Mich würde interessieren ob es eine Formel oder Nährungsformel
gibt für die Saturn V gibt
Und zwar für das Verhältnis von Treibstoff und Nutzlast

Dh wenn man die Nutzlast kennt wieviel Treibstoff braucht man dann damit die Nutzlast zum Mond kommt

Danke und viele Grüße

Offline proton01

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #1 am: 13. Januar 2019, 12:56:56 »
Hallo zusammen

Mich würde interessieren ob es eine Formel oder Nährungsformel
gibt für die Saturn V gibt
Und zwar für das Verhältnis von Treibstoff und Nutzlast

Dh wenn man die Nutzlast kennt wieviel Treibstoff braucht man dann damit die Nutzlast zum Mond kommt

Danke und viele Grüße

Die Massen der Saturn V sind alle im Internet zu finden. Z.B. NASA Technical Report Server, für alle Starts die Flight Evaluation. Oder übersichtlicher bei B. Leitenberger. Das Apollo Raumschiff CSM +LM ist dabei die Nutzlast.
Generell ergibt sich das Massenverhältnis aus benötigtem Antriebbedarf (delta-v) und Triebwerksleistung (spez. Impuls). Bei Mehrstufigen Trägern wie die Saturn V muss daß dann mehrfach hintereinander erfolgen, hier vier mal (die dritte Stufe zündet zweimal)

Was willst Du eigentlich berechnen ?

Ganz grob:
Startmasse 2940 t, davon Treibstoffe 2700 t,  Nutzlast zum Mond 44-47 t

delta

  • Gast
Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #2 am: 13. Januar 2019, 15:52:14 »
Hallo

Mal angenommen man will 45 Tonnen zum Mond oder Richtung Mond schicken. Dann muss man doch irgendwie berechnen wieviel Treibstoff man braucht. Dann noch die Rakete,die ja auch Treibstoff braucht. Wie wurde das alles berechnet?

Heute müsste es dafür doch Computerprogramme geben.


Offline proton01

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #3 am: 13. Januar 2019, 22:55:54 »
Hallo

Mal angenommen man will 45 Tonnen zum Mond oder Richtung Mond schicken. Dann muss man doch irgendwie berechnen wieviel Treibstoff man braucht. Dann noch die Rakete,die ja auch Treibstoff braucht. Wie wurde das alles berechnet?

Heute müsste es dafür doch Computerprogramme geben.

Computerprogramme gab es auch damals schon, nachdem ganz anfänglich viele Berechnungen von fleißigen Damen gemacht wurden (schau mal Hidden Figures an). Wichtiger ist allerdings den Algorithmus für die Physik zu haben, um realistisch zu rechnen.
Da die Apollo-Flüge alle ein Erfolg waren, selbst Apollo 13 war es, besteht kein Zweifel daß die Rechnungen richtig waren. Aber erwarte nicht daß wir das hier alles ausbreiten können, dafür ist das Forum nicht da. Das lernt man auf der Uni, dauert ca. 5 Jahre. Das sind dann die Grundlagen.

Für 45 t zum Mond brauchst Du die Massen die die Saturn V hatte. Eventuell ginge es heute etwas leichter durch bessere Konstruktionstechniken, leichtere Elektronik und Computer, usw., aber die Größenordnung bleibt.

Falls Du planst hier zu diskutieren ob die Saturn V es überhaupt schaffen konnte:  Vergiss es, das diskutieren wir hier nicht. Wir wissen daß es stimmt.

Offline Klakow

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #4 am: 14. Januar 2019, 02:12:58 »
Das wichtigste ist die Raketengleichung, damit kannst du berechnen wie groß die Geschwindigkeitsdifferenz jeder Stufe erreichen kann.
Die ist ziemlich einfach, man braucht nur Die Gesamtmasse beim Start und die Massen nach dem Brennschluss jeder Stufe.
Hättest du z.B. eine Rakete die beim Start 3000t hätte und nich dem Brensschluss der ersten Stufe noch 1000t hätte,
so kannst du die maximale Geschwindigkeitszunahme dV berechnen zu dV=V(F1(h))*LN(3000t/1000t)-9,81m/s²*Brennzeit in Sekunden.
bei der F1 kannst du ca. 2600m/s Ausströmgeschwindigkeit  einsetzen.
Das gibt dann: dV=2600m/s*LN(3)-9,81m/s²+T=2856m/s-9,81m/s²*T.
Die Brennzeit ist vielleicht 120s, also verliegt die Rakete ca. 1177m/s, verbleiben ca. 1680m/s.
Jetzt wird es aber kompliziert, den mit zunehmender Geschwindigkeit wird der Verlust durch die Gravitation keine und die Ausströmgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Höhe.
Dann kommt noch der Luftwiederstand hinzu, der steigt mit zunehmender Geschwindigkeit aber sinkt mit fallendem Luftdruck schnell.

Das kann man in vier Formeln stecken und dann mit einer Exceltabelle berechnen lassen. (das wäre dann eine Art numerischer Berechnung).
Das ganze muss man dann für jede Stufe wiederholen.

Offline Sensei

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #5 am: 14. Januar 2019, 10:38:02 »
Googlesuche nach "rocket equation calculator" gibt u.a. folgende Links zu gut benutzbaren Rechnern aus:

http://www.quantumg.net/rocketeq.html
http://www.strout.net/info/science/delta-v/

EDIT:

Etwas umfangreicherer Rechner auf Wolfram Alpha
https://www.wolframalpha.com/input/?i=Tsiolkovsky+rocket+equation

Beispielrechnung für die Atlas 5:
http://www.relativitycalculator.com/rocket_equations.shtml

Offline proton01

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #6 am: 14. Januar 2019, 13:35:07 »
Googlesuche nach "rocket equation calculator" gibt u.a. folgende Links zu gut benutzbaren Rechnern aus:

http://www.quantumg.net/rocketeq.html
http://www.strout.net/info/science/delta-v/

EDIT:

Etwas umfangreicherer Rechner auf Wolfram Alpha
https://www.wolframalpha.com/input/?i=Tsiolkovsky+rocket+equation

Beispielrechnung für die Atlas 5:
http://www.relativitycalculator.com/rocket_equations.shtml

Wie üblich ist es einfach den mathematischen Algorithmus zu  bedienen, wenn man denn weiß welche Eingaben richtig sind:
  • Der spez. Impuls hängt vom Treibstoff ab und vom Außendruck, der ändert sich beim Aufstieg.
  • Das nötige delta-v (Geschwindigkeitszuwachs) ergibt sich aus Zielorbit bzw. allen dazugehörigen Flugmanövern plus Verluste unterwegs durch Luftwiderstand (ändert sich mit der Machzahl), Gravitationsverluste (ändern sich mit Flughöhe und Bahnwinkel), Umlenkung aus senkrechtem Aufstieg in einen Orbit näherungsweise parallel zur Erdoberfläche (dazu gibt es eine Regelung), dann Richtung Mond.
  • Massenverhältnis ergibt sich aus Nutzlst plus allen Leermassen der Konstruktion plus alle unverbrauchten Treibstoffe inkl. Hilfsstoffe (z.B. Druckgas).
Das kann man alles so definieren daß die Ziolkowski-Gleichung dann was richtiges ergibt. Dann sind aber alle Verluste und sich ändernden Größen in Pseudokonstanten enthalten, daher ist das nicht so einfach.
Natürlich kann man das auch in wenige Gleichungen stecken (Bewegungsgleichung plus Summe aller Kräfte wie Schub, Widerstand, Gravitation, ...) und in drei Dimensionen numerisch integrieren. Dazu benötigt man aber quasi eine Vorentwurf der Rakete plus eine erste Abschätzung der aerodynamischen Beiwerte.

Offline Sensei

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #7 am: 14. Januar 2019, 14:21:28 »
Aber das ist doch, wenn ich das richtig verstehe, GENAU das was der OP auch möchte:
Eine Näherungsformel mit der man für ein gegebenes dV das Voll/Leermasseverältnis erhält...

Mich würde interessieren ob es eine Formel oder Nährungsformel
gibt für die Saturn V gibt
Und zwar für das Verhältnis von Treibstoff und Nutzlast

Dh. wenn man die Nutzlast kennt wie viel Treibstoff braucht man dann damit die Nutzlast zum Mond kommt


Offline Stefan307

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Re: Treibstoff und Nutzlast
« Antwort #8 am: 15. Januar 2019, 20:13:05 »
Was das ganze noch etwas komplizierter macht ist die Doppelzündung der S-IVb...
Wenn man wirklich Interesse daran hat sollte man etwas Zeit investieren und sich in die Materie einlesen, es ist nicht so kompliziert wie man meinen könnte!
Persönlich haben mir die Grundlagenartikel von Bernd Leitenberger sehr viel weiter geholfen. Ich weis das der Autor hier im Forum umstritten ist, aber ich kenne keine Seite in deutscher Sprache was die Grundlagen angeht!
MFG S

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