Wasserrakete mit CO2-Antrieb?

[Minifriese]

Moin moin!

Hat schon mal jemand eine Wasserrakete mit einer CO2-Kapsel gebaut?

Normalerweise besteht eine Wasserrakete aus einem nur teilweise gefüllten Wassertank, der Rest des Tanks enthält komprimierte Luft. Bei einer CO2-Rakete würde ich mir einen vollen Wassertank vorstellen, der dann vom CO2 aus der Kapsel leergedrückt wird.

Habe gerade mal ein bißchen gegoogelt. Eine 16g-CO2-Kapsel ergibt etwa 8 Liter CO2. Bei Normaldruck, nehme ich an, obwohl ich das nirgendwo explizit finden konnte. Wenn ich das Wasser mit einem Druck von etwa 12 bar treiben will, könnte der Wassertank also 8/12=0,67 Liter groß sein. Oder bei größeren Kapseln entsprechend mehr. Ich bin mir aber nicht sicher, ob man das so einfach rechnen kann. Solange noch flüssiges CO2 in der Kapsel ist, beträgt nämlich der dortige Dampfdruck je nach Temperatur etwa 35..60 bar. Wenn alles CO2 verdampft ist, fällt der Druck rapide ab.

Das größte Problem dürfte es sein, die 60 bar zu bändigen, damit sie nie komplett am Tank anstehen (sonst müßte der ja ein richtiges, schweres Druckgefäß sein). Meistens bestehen Wasserraketen aus PET-Flaschen, die je nach Ausführung bis 15 bar aushalten. Gibt es kleine, leichte Druckregelventile, die 60 bar bei sehr großem Durchfluß auf etwa 12 bar begrenzen können? Oder wäre da eine Blende ausreichend, dann müßte man halt dafür sorgen, daß die Kapsel erst angestochen wird, wenn der Abfluß (die Düse) offen ist, damit nie der statische Druck anstehen kann.

Das ganze hängt natürlich nur sehr indirekt mit Robotern zusammen ;-) Ich kam drauf, als ich über Starthifen für UAVs nachgedacht habe. Außerdem würde ich gerne mal versuchen, einen Fallschirm (einzeln oder gleich den Bergungsfallschirm der Rakete) gesteuert landen zu lassen. Da wäre so eine Rakete ne relativ einfache Mögichkeit, den Fallschirm erstmal auf Höhe zu bekommen. Und es wäre ja schön, wenn das ganz ohne Pyrotechnik ginge.

Gruß,
Nils

[Steinigtmich]

Interessantes Projekt, gefällt mir gut die Idee!

Falls die Infos etwas nützen: Eine CO2-Kapsel reicht grade aus, um einen Luftballon prall aufzublasen. Hatte ich mal experimentell ermittelt.
Mit dem Druckminderer kann ich nur begrenzt weiterhelfen. Eine ganz enge Düse könnte da weiterhelfen. Aber vielleicht das Ganze umdrehen, nicht die Kapsel anpieken sowie die Wasserflaschendüse offen ist, sondern die Kapsel anstechen und die Wasserflasche öffnen sowie genug Druck in der Flasche aufgebaut ist. Also die Austrittsdüse mit einem Überdruckventil versehen.

[oberallgeier]

Hei Nils,


... schon mal ... eine Wasserrakete mit einer CO2-Kapsel gebaut?Nein.


Druckregelventile, die 60 bar bei sehr großem Durchfluß auf etwa 12 bar begrenzen Wohl schon, aber weder klein noch leicht. Da wäre allenfalls Deine klitzekleine Blende eine Lösung.

UND - Du hättet ein anderes Problem. Das hatten die Herren Joule und Thomson erfunden. Joule (James) kennst Du aus der Kalorientabelle und der William Thomson heisst auch Lord Kelvin of Largs - nach der Kelvin-Temperaturskala. Die beiden sind verantwortlich dafür, dass sich Gase beim expandieren abkühlen. Wenn Du also sehr schnell CO2 von den 60 bar auf 12 bar entspannst, dann wird Dir das Regelventil vereisen. Das ganze ist bekannt. Dreh mal ne CO2-Flasche auf (vorher Handschuhe anziehen - wegen der vereisten Armatur UND Gehörschutz aufziehen) - Du wirst sehen, wieviel Eis Du Dir da machst.


... wäre ja schön, wenn das ganz ohne Pyrotechnik gingeAlso ein wenig pyro-mannbar sollte mann doch schon sein.

[Minifriese]

Moin!

Naja, den Druckminderer bräuchte ich ja gerade, um den Druck vom Wassertank fernzuhalten. Damit selbiger leichtgewichtiger ausgelegt werden kann. Deswegen ist das mit dem Ventil an der Düse so ne Sache... Vom Durchmesser der Düse hängt (ausreichenden Druck vorausgesetzt) der Schub ab: Enge Düse ergibt lange wenig Schub, weite Düse ergibt kurzzeitig hohen Schub. Weil der Schub bzw. der Impuls halt vom Wasserdurchsatz abhängt.

Das Volumen ist nicht wirklich riesig, stimmt schon. Aber diese Kapseln speichern halt recht viel Energie ziemlich kompakt. Die Frage ist, ob die Verdampfungsgeschwindigkeit des CO2 in der Kapsel mit dem Wasseraustritt schritt halten kann, und ob sich das CO2 dabei nicht so stark abkühlt, daß die Verdampfung aufhört.

Weiß denn jemand, wie man diese Kapseln überhaupt unfallfrei ansticht? Meist sieht man die ja ohne Gewinde, sie müssen also vermutlich von hinten irgendwie gegen eine Dichtung (und eine Nadel) gedrückt werden, oder?

Nils

[m.artmann]

Hallo Minifriese.

wieviel Platz hast Du denn in der Rakete?
Evetuell könntest Du eine SKS Airgun unterbringen, das ist eine CO2 Notfall Luftpumpe für's Fahrrad.
siehe z.B. hier -> http://www.bike-x-perts.com/product_info.php/products_id/123940 oder einfach mal danach googeln.

Die Patronen haben ein Gewinde und werden damit in das Ventil eingeschraubt und gleichzeitig durchstochen.
Man kann nun durch Drehen an dem orangenen Knopf den CO2 Austritt
relativ gut dosieren.
Maximal eine 3/4 Umdrehung genügt und sollte mit einem stärkeren Servo machbar sein.

MfG
m.artmann

[HannoHupmann]

Wir haben jedes Jahr eine Nikolausvorlesung an der FH die sich mit etwas ähnlichem beschäftigt. Der Prof schiesst eine Rakete durch den Hörsaal die mit einem Kartusche betrieben wird die normalerweise für Sahne verwendet wird. Ka wie das Zeug genau heißt.
Fliegt auf jedenfall lustig durch die Gegend und da die Kartusche am Ende kalt ist, geh ich stark davon aus, dass darin CO2 war/ist.

[Excalibur]

Fliegt auf jedenfall lustig durch die Gegend und da die Kartusche am Ende kalt ist, geh ich stark davon aus, dass darin CO2 war/ist.
Bei Sahne ist es Distickstoffmonoxid(N2O).
Das mit dem kalt werden, passiert bei jedem Gas wenn es dekomprimiert wird.

[Carlos31]

Wie wäre es mit trocken eis?
Ich hab schon ein paar pet flaschen in der luft gejagt damit , man füllt 1/3 der flasche mit trocken eis , dann knickt man die flasche (damit wasser und trocken eis und wasser nicht in berührung kommen ) und füllt man 1/3 mit wasser, dann schliesst man die flasche und wirft sie schnell weg :-)

[Manf]

Naja, der allgemeine Hinweis darf hier nicht fehlen:
http://www.youtube.com/watch?v=kqWmCgEKAs8&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=80z9oBCrHa0&feature=related

[oberallgeier]

... der allgemeine Hinweis ...
In den Normen zur Maschinensicherheit ist die obere Grenztemperatur von Oberflächen, die berührt werden können, mit weniger als 60°C angegeben. Aber von der unteren hatte ich noch nix gehört (muss ich mal nachschauen). Trockeneis hat weniger als -80°C und stellt eine ebenso grosse Gefahr dar wie glühende Flächen - und es ist wie bei Verbrennungen: man merkt erst, dass es zu spät ist, wenn es zu spät ist, weil das Zeugs desublimiert und bei Berührung (mit der Haut) SOFORT eine ziemlich gute Kältebrücke entsteht. Die besondere Gefahr bei Trockeneis ist ausserdem, dass man ihm seine Gefährlichkeit garnicht ansieht. Ich nehme dafür ziemlich dicke Spezialhandschuhe. Bei SEHR schneller Entnahme grösserer Gasmengen aus Gasflaschen (nicht nur CO2 oder Lachgas, auch N2 - eben jedes Gas) entstehen solche Temperaturen. Und die einfachste Methode, geringe Mengen Trockeneis im Labormassstab herzustellen, ist das Ablassen aus der Gasflasche.

Die "Verbrennung", das Absterben der Haut, geschieht übrigens in Sekundenschnelle. Und die Haut stirbt dabei wirklich ab.

[user529]

http://video.google.com/videoplay?docid=6060257102890169879

unter umständen hilft ein zweistufiges entspannen:
1. aus der kartusche in die flasche (mehr als 8bar hält eine unmodifizierte plastikflasche nicht aus)

abwarten bis sich die flasche wieder halbwegs erwärmt hat
2. Starten und entspannen auf umgebungsdruck.

nachteil ist natürlich dass du rund 1/5 des volumens der flasche nicht mit wasser füllen kannst.

solltest du aber trotzdem weiter an deiner idee mit der co2 kapsel festhalten: googel nach lavaldüse, damit lassen sich überschallströmungen verwirklichen, denn sonst geht ein großteil der energie im aufplatzen des gasstrahles verloren (nur ebi reiner co2 rakete, bei wasser ist die düsenform egal, da der schub ja durch wasser erzeugt wird).

mfg clemens

mein anschluss für die druckluftanlage:
http://img161.imageshack.us/img161/1003/druckluftanschlussdo2.jpg

funktioniert wie ein schnellverschluss. die 4 stifte halten die flasche solange bis die messingscheiben von der mittleren aluplatte zurückgezogen werden und den flaschenhals freigeben

[Felix G]

Grundsätzlich ist eine Lavaldüse eine gute Idee, wenn man Gas auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen möchte, wie effizient sie in einer Wasserrakete eingesetzt werden kann müsste man erstmal testen.

Klar ist schonmal, daß sie als Druckminderer gut funktionieren sollte, und wenn die CO2 Kapsel mitsamt der Lavaldüse gut im Wasserbehälter befestigt ist, könnte sie möglicherweise sogar zum Schub beitragen (das Wasser müsste vom Gasstrahl ja regelrecht mitgerissen werden).


So oder so würde ich allerdings keine "normale" Lavaldüse nutzen, da die Herstellung etwas kompliziert ist, stattdessen empfehle ich das Design der Nasa, welches im wesentlichen aus einem Rohr mit konstantem Durchmesser besteht, mit einem Einsatz der im einfachsten Fall wie ein Doppelkonus geformt ist (eigentlich ist es eher eine Tropfenform, aber naja).

[oberallgeier]

würde ... keine "normale" Lavaldüse nutzen ... etwas kompliziert ... stattdessen ... Design der Nasa... Rohr mit konstantem Durchmesser ...Hmmm, habe ich da etwas übersehen? Stimmt die Thermodynamik nicht mehr? Heisst "maximaler Schub" (und das will die NASA bestimmt!) nicht auch GENAU nach der Thermodynamik? Warum hatte ich mal Gasdynamik belegt, wenn es viel einfacher geht?

Ich werd was übersehen haben. Neueste Entwicklungen beim Bau von Raketenöfen. Schade :(

[Felix G]

So zerstückelt macht mein post natürlich nicht mehr viel Sinn ^^

Die von mir beschriebene Düse funktioniert genauso wie eine normale Lavaldüse, nur daß sie sich eben leichter herstellen lässt.


Eine normale Lavaldüse ist ja, stark vereinfacht ausgedrückt, ein Rohr das in der Mitte einen kleineren Durchmesser hat als an den Enden. So ein Teil aus einem Stahlklotz an der Drehmaschine herzustellen ist relativ schwierig, da man es von innen bearbeiten muss.

Das alternative Design der Nasa (wers nicht glaubt: Nasa Tech Briefs 11883 - flow concentrating supersonic gas/liquid nozzles), funktioniert genauso, nur daß die Verjüngung in der Mitte eben dadurch erreicht wird, daß man in einem Rohr mit konstantem Durchmesser einen Einsatz unterbringt der an eben jeder Stelle dicker ist als an seinen Enden. Der Effekt ist der gleiche, nur daß man diesen Einsatz eben wesentlich leichter an einer Drehmaschine herstellen kann. Außerdem hat dieses Design noch die nette Eigenschaft, daß der Gasstrom recht konzentriert am Ende austritt (geringere Divergenz verglichen mit einer klassischen Lavaldüse)

[bugmenot]

Darf ich einfach einmal ein wenig "Schleichwerbung" machen?
Was Wasserraketen angeht, findet ihr mit Sicherheit eine Menge Know-How und Erfahrung in der entsprechenden Subsection von www.raketenmodellbau.org ,mich findet man dort übrigens auch ;)
Gleich Vorweg: Die Lavaldüse könnt ihr fürs erste knicken, zumindest als Hauptdüse, für das Vorentspannen des CO2 dürfte sie aber (mangels Schubwirkung) nicht wirklich viel bringen.
Dann zu dem Vorurteil, dass eine unmodifizierte Plastikflasche nicht mehr als acht Bar hergibt: Mehrweg-PETs können bis 16 Bar und mehr halten. KÖNNEN!
Im sicheren Bereich hält man sich bei 10-12 Bar auf, die Werte sind abhängig vom Alter und der Abnutzung der Flasche.
Jetzt wird es aber erst richtig Interessant:
Problem 1: Das Vereisen
Problem 1 könnte man eventuell dadurch "austricksen", dass man die recht hohe Wärmekapazität von Wasser ausnutzt ... und das Ventil mit dem Wasser warmhält. Problem: Friert die "Heizung" zu, ist endgültig Feierabend.
Jetzt kommt aber das gemeine Problem 2, welches eurem Projekt leider den Gar aus macht:
Nämlich das sich CO2 unter Druck im Wasser löst und dann als die euch wohlbekannte Kohlensäure in Erscheinung tritt. Ein (Groß-)Teil des Drucks verflüchtigt sich also und gast erst nach der Düse wieder aus.
Für Interessierte die Chemie dahinter: http://www.drak.de/de/info/kohlendioxid/chemie.html
Wer dennoch weitermachen will, kann dem Diagramm entnehmen, wie viel CO2 zusätzlich benötigt wird, um das Wasser zu sättigen.

mfG
Markus