Was ist die ideale Form für eine Rakete?

Offensichtlich gibt es viele Faktoren, die in das Design einer Rakete einfließen. Allerdings erscheinen mir viele Raketen sehr groß und dünn.

Was ich meine ist, dass eine ideale Rakete so wenig Masse für die Tankstruktur verwendet hätte und die maximale Menge an Treibstoff aufnehmen würde. Was, wenn es im Vakuum betrieben würde, einen kugelförmigen Tank erfordern würde. Das heißt, das Verhältnis von Oberfläche (Trockenmasse) zu Volumen (Brennstoffmasse) wäre bei einer großen, dünnen Rakete schlechter.

Jedoch:

  • Um eine Rakete zu starten, muss man die Atmosphäre durchqueren.
  • Eine Tragflächenform hat weniger Luftwiderstand als eine Kugel.
  • Die Herstellung einer Kugel ist viel schwieriger als die Herstellung eines Zylinders

Für eine einstufige Rakete würde ich also davon ausgehen , dass eine kugelförmige Rakete mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 3: 1 ideal für eine von der Erde gestartete Rakete wäre.

Und für eine mehrstufige Rakete hätte die obere Stufe etwa ein Verhältnis von 3:1 und die unteren Stufen etwa ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1:1 - 2:1.

Nun, Raketendesigner sind ziemlich schlaue Leute und haben wahrscheinlich daran gedacht;

Was fehlt mir also? Wo in meinen groben Schätzungen / Berechnungen habe ich naive Annahmen getroffen?

Die anderen Faktoren als die Aerodynamik werden in dieser Frage angesprochen: space.stackexchange.com/questions/9283/…

Antworten (2)

Für Überschallströmung bietet der Sears-Haack-Körper weniger Luftwiderstand als die kürzere Träne, die im Unterschallbereich optimal ist. Sears-Haack ist dem deutschen V-2-Raketenkörper ziemlich ähnlich.

schlanke spitz zulaufende Form

(Beachten Sie, dass die Proportionen dieses speziellen Beispiels nicht Teil der Definition der Sears-Haack-Form sind; für minimalen Luftwiderstand müssten Sie einen unpraktischen Körper von unendlicher Länge und unendlich kleinem Querschnitt haben.)

Das sich verjüngende "Boat-Tail" auf der Rückseite der Sears-Haack-Form verschiebt jedoch das Zentrum des aerodynamischen Drucks nach vorne. Aus Stabilitätsgründen sollten Sie den Druckmittelpunkt hinter dem Schwerpunkt halten – deshalb haben Pfeile, Pfeile und viele Raketen hinten Flossen; Die Flossen erhöhen den Widerstand an der Basis, verschieben das Druckzentrum nach hinten und halten das Projektil stabil.

Wenn Sie das untere Ende der Sears-Haack-Form zylindrisch halten oder es sogar leicht aufweiten, anstatt es mit einem Bootsheck zu tun, wird die Stabilität erheblich verbessert. Außerdem müssen Sie die Motoren dort platzieren. Daher kommt die bekannte Grundform der Rakete.

Sobald Sie eine wirklich große Rakete bauen, beginnen andere Einschränkungen, wie die Höhe Ihres Fabrikdachs oder die Breite Ihrer Zugtunnel, ins Spiel zu kommen, und Sie müssen möglicherweise auch länger und dünner werden als die aerodynamisch optimale Form .

Das ist sehr informativ. Obwohl es die aerodynamischen Überlegungen verdeutlicht, bietet es jedoch keinen Einblick, wie oder ob andere Überlegungen ins Spiel kommen, insbesondere die Trockenmasse der Rakete. Wie Sie es präsentieren, sind die einzigen Überlegungen aerodynamische oder Faktoren, die für die Herstellung der ideal aerodynamischen Rakete relevant sind. Ist das genau?
Ich bin kein echter Raketenwissenschaftler, aber ich glaube, dass dies die dominierenden Überlegungen sind, aber nicht die einzigen.
Ich bin auf der Suche nach dem idealen Oberteil meiner Rakete hierher gekommen (die Rakete selbst ist eine Wasserpfeife). In diesem Moment werde ich eine Paraboloid-Spitze machen. Könnte ich ein besseres Modell machen?

Ich denke, Sie haben Ihre Frage im ersten Satz beantwortet. Ich erinnere mich an dieses Bild:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Aerodynamik ist nur eines (wenn auch ein großes) von vielen Anliegen bei der Systemtechnik einer Rakete. Andere sind die Herstellbarkeit, der Antrieb, die Änderung des Flugregimes, die Sicherheit, die Strukturen, die Wirtschaftlichkeit usw. All dies scheint zu einem einfachen, mehr oder weniger zylindrischen Design zusammengeführt worden zu sein.

Aus Gründen der Innovation ermutige ich Sie jedoch, etwas Neues auszuprobieren!

Ich weiß, dass es viele Faktoren gibt. Ich will wissen, was sie sind.
Falls das Hotlink-Bild kaputt geht, hier ist ein Imgur-Link i.stack.imgur.com/BcBCu.jpg
Was ist die ideale Form für eine Rakete?
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