- Wasserrakete
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Start einer einfachen Wasserrakete
Eine Wasserrakete ist eine Rakete, die Wasser ausstößt und ihre Energie in Form von Druckluft oder heißem Wasser mitführt.
Der Antrieb erfolgt durch einen Wasserstrahl, der unter Druck durch eine Düse gepresst wird und mit einem entgegengesetzten Impuls die Rakete verlässt. Je nach Art der Erzeugung dieses Drucks unterscheidet man Kaltwasserraketen und Heißwasserraketen; letztere werden auch als Dampfdruckraketen bezeichnet. Beiden gemeinsam ist, dass die Antriebsenergie in physikalischer Form mitgeführt wird und nicht wie bei den meisten Raketen als chemische Energie.
Kaltwasserraketen werden in einfacher Form auch als Spielzeug angeboten und können der Demonstration des Raketenprinzips dienen. Heißwasserraketen sind hingegen auch Gegenstand ernsthafterer Forschung und Entwicklung.[1]
Inhaltsverzeichnis
Kaltwasserrakete
Eine einfache KaltwasserraketeEine Kaltwasserrakete ist eine Wasserrakete, bei welcher der teilweise mit Wasser gefüllte Raketenkörper mit Hilfe der darüber befindlichen zuvor verdichteten Luft angetrieben wird. Beim Freigeben der Düse tritt das Wasser mit Hilfe der Druckluft aus dem Raketenkörper mit hoher Geschwindigkeit aus und beschleunigt diesen durch seinen Rückstoß.
Kaltwasserraketen werden aufgrund ihrer relativ geringen Leistungsfähigkeit nur als Spielzeug oder als Demonstrationsmodell zur Veranschaulichung des Rückstoßantriebs verwendet.
Wichtig beim Antrieb der Kaltwasserrakete ist das Verhältnis von verdichteter Luft zu Wasser. Die größte Gipfelhöhe erreicht man bei einem Wasser/Luft-Volumenverhältnis von 1 : 3.
Als Spielzeug erhältliche Wasserraketen werden mit einer Fahrradluftpumpe aufgepumpt und können eine Höhe von einigen Dutzend Metern erreichen.
Als Druckkörper zum Selbstbau von Kaltwasserraketen eignen sich PET-Getränkeflaschen. Diese halten teilweise über 8 bar (Einweg-PET-Flaschen) oder sogar bis zu 20 bar (Berstdruck)(Mehrweg-PET-Flaschen) Überdruck aus. Mit mehreren verlängerten[2] und kombinierten PET-Flaschen (Boostern)[3] werden Höhen von über 190 m[4] erreicht.
Die Rückkehr solcher Raketen aus Einweg-PET-Flaschen ist auch ohne Fallschirm weitgehend gefahrlos, sofern keine massiven Nutzlasten transportiert werden. Da der Überdruck in den Flaschen sowie die Schubkraft und die Beschleunigung beim Start erheblich sind, bleibt der Umgang dennoch gefährlich. Die startende Rakete nimmt eine unkontrollierbare Flugbahn ein und kann beispielsweise auf Zuschauer treffen. Eine Einweg-PET-Flasche entwickelt ohne aufgeschraubte, verengende Düse bei 6 bar 213 Newton Schub und je nach Nutzlast somit eine Startbeschleunigung vom über 15fachen der Erdbeschleunigung, die nach wenigen Metern sogar noch steigt.
Es existiert eine weltweite Gemeinde von Freunden der Kaltwasserrakete, wozu zweifellos die weltweite Verbreitung der PET-Flaschen beigetragen hat.
Bauweise
Eine Kaltwasserrakete kann aus einer PET-Flasche selbst gebaut werden. Es werden Einwegflaschen, aber auch die dickwandigeren Mehrweg-PET-Getränkeflaschen verwendet. Als Startmechanismus wird häufig eine Steckkupplung für Gartenschläuche und ihr Gegenstück verwendet.[5] Im Internet findet sich eine Vielzahl Bauanleitungen für Raketen und weitere Startmechanismen. So werden mit Zwischenstücken verlängerte Raketen oder auch mehrstufige Modelle beschrieben.
Zur Erhöhung der Druckfestigkeit werden Umwicklungen der zylindrischen Abschnitte der PET-Flaschen beschrieben.
Zur Komprimierung der Luft werden Hand-Luftpumpen oder Kompressoren verwendet.
Um einen stabileren Flug zu erreichen, werden zusätzlich Flossen/Leitflügel an die Rakete geklebt, die teilweise durch Schrägstellung einen stabilisierenden Drall bewirken.
Der vorausfliegende Boden der Flasche ist zuweilen (insbesondere bei den schweren Mehrweg-PET-Flaschen) mit einem halbierten Tennisball gegen zu harten Aufprall geschützt.
Heißwasserrakete
Eine Heißwasserrakete (auch Dampfdruckrakete) bezeichnet eine Wasserrakete, bei der mit Hilfe einer meistens elektrischen Heizung das im Raketenkörper befindliche Wasser auf hohe Temperatur (etwa 250–500 °C) erhitzt wird. Das auf Grund des Drucks im geschlossenen Wassertank flüssig bleibende Wasser[6] wird zum Starten durch die hierzu mit einem Ventil freigegebene Schubdüse ausgelassen, verdampft dabei in dieser und tritt unter hoher Geschwindigkeit aus der Düse aus. Durch den Rückstoß wird die Rakete entgegen der Ausströmrichtung beschleunigt.
Der Wassertank von Wasserraketen muss hohem Druck und hoher Temperatur standhalten können.Heißwasserraketen werden gelegentlich als Starthilfsraketen und für Experimentierzwecke verwendet. Sie sind den Kaltwasserraketen überlegen, da die ausgestoßene Masse selbst die Energie enthält und die Schubkraft bis zum „Brennschluss“ nahezu konstant bleibt.
Die Leistungsfähigkeit von Raketen mit festen und flüssigen Brennstoffen ist jedoch weitaus höher.Rückhol-/Bergungssysteme
Für größere Wasserraketen oder deren Nutzlasten empfiehlt es sich, einen Fallschirm einzubauen. Das ist aus Gründen der Sicherheit und der Werthaltigkeit nötig, zum Beispiel, wenn Elektronik (Höhenmessung/ Altimeter),[7] Videokamera und Batterien mitgeführt werden.
Das Auslösen des Fallschirm wird zum Beispiel mit Federwerken aus Aufziehspielzeugen (Tommy Timer), über Zeitschaltuhren oder einer Servo-Auslösung durch „Flightcomputer“[8] erreicht.[9]
Natürlich sind je nach Masse und Wert auch alle anderen üblichen Bergungssysteme[10] möglich, wie u. a. Schwenkflügel, Raketengleiter, Flatterband.
Rekorde
- Das Modell „X12“[11] erreichte am 14. Juni 2007 630,33 m (2.068 feet) Höhe. Das Modell gehört zur sogenannten Klasse A (einstufig, Kaltwasserrakete, Luft als komprimiertes Medium).[12]
Siehe auch
Weblinks
Commons: Wasserraketen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien- Leistungsgrenzen von Heißwasserraketen (PDF; 174 kB) Studienarbeit von H. Adirim am Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin
- Water Rocket engl. detaillierte Bauanleitung
- Slow Motion Video Reaktion beim Ausstoß
- Schaumantriebsversuche in Zeitlupe
- Burst–Test, YouTube-Video Berstversuche mit PET-Flaschen
- Kleinster Höhenmesser mit 2,2 Gramm (PDF) „Howhigh“ (169 kB)
- Berstdruckversuch 1L Coca Cola Flasche Berstversuch
Einzelnachweise
- ↑ AQUARIUS Heißwasserraketen-Projekte
- ↑ PET-Flaschen Verlängerung durch Kleben YouTube-Video
- ↑ Gigant Water Rocket 2008 YouTube-Video
- ↑ Wasserrakete mit 194 m Höhenrekord (637 feet) als YouTube-Video
- ↑ Gardena-Kupplung
- ↑ Dampfdrucktabelle auf Wikibooks
- ↑ Bild eines „Minialt“-Höhenmessers
- ↑ Water Rocket Super Computer
- ↑ elektronische Fallschirmöffnung YouTube-Video
- ↑ hgv-raketen.de (PDF)
- ↑ uswaterrockets.com
- ↑ The Water Rocket Achievement World Record Association
Kategorien:- Rakete
- Physikalisches Spielzeug
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