Home » Hvordan virker en raket

Hvordan virker en raket

Hvordan virker en raket?

*Indhold:* Motor og brændstof <#motor> Stabilitet <#stabilitet> Styring <#styring> Finner <#finner> Næsekegle <#naesekegle> Links <#links> *Motor og brændstof* En raket kan flyve, fordi den udnytter /reaktionsprincippet/ (Newtons tredje lov ). Det går ud på, at hvis man smider noget den ene vej, så vil man selv begynde at bevæge sig den anden vej. Forestil dig f.eks., at du sidder med en brosten i hånden i en båd, der ligger stille på en sø. Hvis du nu kaster brostenen hårdt bagud, så vil båden faktisk begynde at bevæge sig fremad. Raketten er bare noget mere effektiv; den bliver ved med at smide noget bagud hele tiden, så længe motoren kører. Men da raketmotoren kun virker, så længe den smider /noget/ bagud, så vil den holde op, så snart der ikke er mere at smide ud. Derfor er effektiviteten af en raketmotor begrænset af den mængde brændstof, den har med. Desuden er det jo sådan, at jo tungere noget er, jo flere kræfter skal man bruge på at få det til at bevæge sig. Det er nemmere at kaste en lille sten langt væk end en tung sten. Derfor er det et problem, at jo mere brændstof man fylder på raketten, jo mere vejer den! Så man kan ikke bare fylde masser af brændstof på; på et tidspunkt bliver brændstofmængden så stor, at det ville være bedre med lidt mindre. *Stabilitet *Tænk på et heksehyl, der farer hen over jorden. Heksehylet “flyver” meget ukontrolleret og vildt. Et heksehyl er faktisk en raket med /negativ stabilitet./ Hvis du kigger på en “rigtig” raket er der to ting, der springer i øjnene: 1) en raket er typisk ret lang i forhold til bredden, og 2) en raket har (som regel) finner, og de sidder som regel allerbagerst på raketten. Disse to ting er med til at /stabilisere/ raketten. Tag en raket, og prøv at få den til at balancere på en tynd kant. Når raketten lige netop balancerer, har du fundet rakettens /tyngdepunkt,/ i fagsproget kaldet /Center of Gravity,/ eller CG. Læg mærke til at tyngdepunktets placering kun afhænger af, hvordan massen er fordelt inde i raketten. Hvis raketten er tung foran, ligger tyngdepunktet ret langt fremme i raketten; hvis den er tung bagi, ligger tyngdepunktet ret langt tilbage. I virkelighedens verden bruger man naturligvis nogle meget avancerede computerprogrammer til at beregne rakettens tyngdepunkt. Hvis man f.eks. kender tyngdepunkterne i alle de mindre dele, der udgør raketten, er det nemt at finde rakettens samlede tyngdepunkt, når man ved, hvor de enkelte dele skal anbringes. Man laver også løbende computersimulationer af raketten, da rakettens tyngdepunkt jo hele tiden flytter sig under opsendelsen, efterhånden som brændstoffet bliver brugt op. På flertrinsraketter flytter tyngdepunktet sig jo meget og pludseligt, når et udbrændt trin kastes af. Derefter skal du finde rakettens /trykpunkt,/ i fagsproget kaldet /Center of Pressure,/ CP. Til dette skal du helst bruge et stykke pap og en saks. Nu skal du klippe en silhouet af raketten ud i pappet. Du kan også tage et billede af raketten, og klippe det ud. Når du har silhouetten, skal du få /den/ til at balancere, f.eks. på en lineal, ligesom du fandt rakettens tyngdepunkt. Nu har du fundet rakettens trykpunkt. Læg mærke til, at trykpunktets placering primært afhænger af, hvor store finnerne er, og hvor langt tilbage de sidder. En anden måde at bestemme en rakets trykpunkt er at hænge den rigtige raket – eller en mindre skalamodel af den – op i en /vindtunnel/. I vindtunnelen blæser der hele tiden vind henover rakettens overflade. Ved at undersøge hvordan raketten opfører sig, når den bliver påvirket af ydre kræfter, kan trykpunktet bestemmes. Vindtunneler brugtes især i gamle dage (50’erne og 60’erne). I moderne rumfart anvendes avancerede computersimulationer til at bestemme raketters tyngde- og trykpunkter. Og her kommer så den gyldne regel om raketters stabilitet: 1. hvis tyngdepunktet ligger /foran/ trykpunktet er raketten stabil eller /positivt stabil/ 2. hvis tyngdepunktet ligger /bagved/ trykpunktet er raketten /negativt stabil/ 3. hvis tyngdepunktet og trykpunktet ligger oveni eller næsten oveni hinanden er raketten /neutralt stabil./ Hvis en raket enten er neutralt eller negativt stabil siger man, at den er /ustabil./ En tommelfingerregel siger, at /tyngdepunket helst skal ligge omtrent én kropsdiameter foran trykpunktet./ Så hvis man har en raket der er ustabil, kan man forbedre stabiliteten ved at: 1. gøre raketten tungere i næsen, 2. gøre raketten lettere i enden, 3. gøre finnerne større, eller 4. flytte finnerne længere bagud. Men hvad sker der egentlig med en raket, der er ustabil? Tænk igen på heksehylet. Det har negativ stabilitet, da det jo slet ingen finner har! Derfor vil heksehylet hele tiden prøve at flyve med bagenden forrest. Men det går jo ikke, for det er jo dér, reaktionsgasserne kommer ud. Resultatet er, at heksehylet flyver fuldstændig vildt og ukontrolleret. Den neutralt stabile raket er nok den farligste. Hvis alt går fint, og vejret er helt stille, vil man nok aldrig lægge mærke til, at den er ustabil; den vil opføre sig præcis som en stabil raket. Men kommer der pludselig et vindstød, kan raketten pludselig dreje sig i en anden retning, og så /fortsætte/ i denne retning, uden at rette op! Den positivt stabile raket vil, hvis der f.eks. kommer et vindstød, begynde at slingre, men vil relativt hurtigt rette op af sig selv, og fortsætte i den oprindelige retning. En anden tommelfingerregel siger, at en raket helst skal være omtrent ti gange så lang, som den er bred. En meget lang og tynd raket vil flyve med store, langsomme udsving, og en meget kort og tyk raket vil slingre med små og hurtige udsving. *Styring* En raket der kan styres er egentlig et missil. Men ordet raket bruges i vidt omfang også om styrbare raketter. Der er tre grundlæggende måder, hvorpå man kan styre en raket: styrbare rorfinner i udstødningsstrålen, styrbare, drejelige finner og styrbare dyser. 1. Rorfinner i udstødningsstrålen blev især benyttet i rakettens barndom. Der er flere grunde til, at man i dag er gået væk fra det. For det første nedsætter en finne i udstødningsstrålen naturligt nok motorens reaktionskraft, især når den står med en stor vinkel i forhold til udstødningsstrålens retning. For det andet skal en sådan finne være fremstillet af et meget bestandigt materiale for at kunne modstå de voldsomme tryk og temperaturer i udstødningsstrålen. For det tredje kan en rorfinne i udstødningsstrålen kun styre raketten, så længe motoren arbejder. Efter /burn-out/ vil rakettens flugt være rent ballistisk. Princippet udnyttes til en vis grad stadig i dag på jetfly, men princippets rolle indenfor /sounding rockets/ og rumraketter er udspillet. 2. Styrbare finner benyttes til en vis grad stadig i dag. Princippet er velkendt; tænk f.eks. på roret på en sejlbåd. Drejelige finner har den fordel, at de ikke bliver udsat for nær så voldsomme påvirkninger som finner i udstødningsstrålen, og så kan raketten stadig styres selvom motoren er udbrændt. Desværre medfører styrefinner selvfølgelig en øget luftmodstand. 3. Styrbare dyser stiller større tekniske og udformningsmæssige krav end styrefinner, men er også langt mere effektive. På langt de fleste moderne raketter anvendes styrbare dyser. *Finner* Finner kan have mange forskellige udformninger; her er vist nogle af de mest klassiske: Som regel anvendes 3-6 finner. *Næsekegle* Udformningen af næsekeglen er noget man tidligere tillagde stor betydning, selvom denne ikke spiller nær så stor en rolle for rakettens samlede luftmodstand som den lange, slanke raketkrop. Herunder er afbildet fem forskellige næsetyper: 1. 2. 3. 4. 5. Type 1 har temmelig høj luftmodstand og anvendes ikke i praksis. Type 2 er den, folk som regel forestiller sig har den laveste luftmodstand. Men det er kun sandt for supersoniske hastigheder (hastigheder, der er større end lydens). Type 3 er en rund næsekegle. Selvom den ser lidt buttet ud, har den ret gode drag-egenskaber. Type 4 er en parabelformet næsekegle, og er den, der har de bedste drag-egenskaber ved subsoniske hastigheder (hastigheder, der er lavere end lydens). Type 5 er en kompromis-løsning til raketter, der skal bevæge sig i det transsoniske område (omkring lydens hastighed). Formen kaldes en /tangent ogive/ og er fremstillet ved at skære igennem en cirkelbue og spejle den omkring rakettens symmetriakse. Den parabolske næsekegle er den, der er bedst egnet til subsoniske flyvninger Den trekantede næsekegle er den, der er bedst egnet til supersoniske flyvninger /Tangent Ogive/-næsekeglen er den, der er bedst egnet til transsoniske flyvninger Højde/bredde-forholdet for næsekeglen spiller selvfølgelig også en stor rolle. Jo spidsere keglen er, des mindre luftmodstand har den generelt. Men på et tidspunkt begynder bidraget til luftmodstanden fra længden af keglen at overstige det man vinder, ved at gøre den spidsere. Der er derfor et optimalt forhold mellem højde og bredde for en næsekegle. *Links* Dansk Amatør Raket Klub har en masse tekniske artikler om raketter på engelsk. /Denne side er sidst opdateret 19. juni 2008/ webmaster|at|rumfart.dk