Előző poszt megkezdte a vízrakéta kapcsán felmerülő fizikai hatások ismertetését. Folytassuk!

(3) Légellenállás

A légellenállás minden levegőben mozgó tárgy mozgását akadályozza. Nagyobb, ha a tárgy sebessége, homlokfelülete, légellenállási együtthatója (alaktényezője) és a levegő sűrűsége nagyobb. Ráadásul a légellenállás a rakéta sebesség négyzetével (!) arányos. Mindezek alapján a rakéta légellenállása nagyobb sebességen rohamosan nő. Szintén nő a nagyobb keresztmetszet és rosszabb alaktényező (pl. nem eléggé sima felület, kiálló alkatrészek) esetén. Viszont érdemes magas hegyek tetején (víz)rakétázni, mert a levegő sűrűsége – így a légellenállás – ott kisebb… :)

A légellenállást csökkenti az áramvonalas forma (az orrkúp és a rakétatest gondos kialakítása, a hengeres formához leginkább közelítő PET palack alkalmazása) és a sima felület (a kiálló alkatrészek kerülése, az egyenetlen felületek szükség szerinti burkolása ragasztó szalaggal).

(4) Röppálya. Repülési szakaszok

a) Indítás

b) Gyorsítás

·       Indítócsöves szakasz* (ún. „fordított pumpa effektus”)

·       Vizes + levegős szakasz, vagy

·       Habosított vizes** szakasz

·       Többlépcsős rakéta esetén lépcsőnkénti gyorsítás

Modellrakéta repülési szakaszai
Forrás: spaceflightsystems.grc.nasa.gov/education/rocket/rktflight.html

c) Szabad emelkedés

d) Holtpont, majd átbillenés emelkedésből ereszkedésbe

e) Ereszkedés

·       Szabadesés

·       Ejtőernyős ereszkedés***(ha van ejtőernyő)

f) Földet érés

* Ha van indítócső
** Ha kilövés habosított vízzel történik
*** Ha van ejtőernyő
Az indítócsőről, a „fordított pumpa effektusról”, a habosított vízről, az ejtőernyőről a későbbi posztokban lesz szó.

(5) Vízrakéta dinamikája

A vízrakétán a repülés különböző szakaszaiban igen jelentős erők ébrednek.

Indításkor a súlyos rakéta (önsúly+víz!) rövid idő alatt akár 100 km/h – nagyobb teljesítményű rakéták esetében akár 200 km/h! – feletti sebességre gyorsul. Az akár 10 g-t is jóval meghaladó gyorsulás miatt különösen fontos a nagy erőhatásnak kitett alkatrészek (pl. vezérsík) megfelelő rögzítése.

A felszálló rakéta súlya a víz kilövellésével hirtelen lecsökken önsúlyra. A súlycsökkenéssel párhuzamosan a hajtóerő is lecsökken, végül nulla lesz.

Felszállás közben a valamely ok miatt esetleg túl korán nyíló ejtőernyő a rakétát erősen megrántja. Egyszerűbb esetben csak az ejtőernyő hasad szét. Súlyosabb esetben az orrkúpot is letépi és annak tartalmával (pl. kamera) együtt lezuhan.

Hiba miatt túl korán nyíló ejtőernyő az orrkúpot letépi…
(Az orrkúp ejtőernyővel épségben földet ért, míg a rakétatest a földet éréskor csúnyán összetört…)

A gyorsítási szakaszban létrejött tehetetlenségi nyomaték a rakétát egészen a repülés legmagasabb pontjáig repíti. Onnan szabadeséssel zuhanni kezd.

A legmagasabb ponton (ill. nem sokkal utána) nyitott ejtőernyő dinamikus hatása nem jelentős. Viszont az ejtőernyőn túl sokáig ereszkedő rakétát a szél akár messze elfújhatja…

Egy túl kései ejtőernyő nyitás esetén a szél rakétát kevésbé tudja messzire fújni, viszont a túl sokáig zuhanó rakéta akár 50 km/h feletti sebességre is felgyorsulhat. A kinyíló ejtőernyő hirtelen és erős rántást, a rakétatest és/vagy az orrkúp és/vagy az ejtőernyő károsodását okozhatja.

Az ejtőernyő nélküli – avagy meghibásodott ejtőernyőjű – rakéta földbe csapódásakor az akár 100 m feletti magasságból történő szabadesés pusztító hatásával kell számolni. Egy dolog, hogy a rakéta – ennek részeként az akár drága elektronika is – kisebb-nagyobb mértékben sérül, de amennyiben a kilövés helye, iránya, az esetleges érdeklődők elhelyezése nem kellő gondossággal történik, akkor a lezuhanó rakéta sérülést is okozhat.

Következő poszt: Vízrakéta biztonsága (1. rész)