Willkommen auf meinem Weblog / Welcome to my blog

Es startet die Entdeckungstour auf verschlungenen Pfaden zu unentdeckten physikalischen Forschungen und Themen, die sich ergebnislos im Gespräch befanden und deren Rätsel durch dieses Blog kaum gelöst, aber zumindest gemeinsam etwas bedacht und besprochen werden können. Was sonst noch als bedeutsam im Leben oder der Umgebung wahrgenommen wird, landet hier auch. Der Leser kann selber problemlos kommentieren - was als Feedback und Ergänzung der Artikel wünschenswert wäre.
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A short translation of the article in English You find at the end of the blog.

Donnerstag, 25. April 2013

Raketengrundgleichung

Raketengrundgleichung, rechnerischer Zusammenhang zwischen Raketengeschwindigkeit, Strahlgeschwindigkeit und der Raketenmasse.

Herleitung der Raketengrundgleichung

Die Gleichung lautet:

v_RakEnd = v_Strahl * ln (m_Startmasse/m_RakEnd)

wobei:

v_Rak - Geschwindigkeit der Rakete
v_RakEnd - Endgeschwindigkeit der Rakete nach Brennschluss
v_Strahl - Geschwindigkeit des Strahls
m_Startmasse - [[Masse]] der Rakete einschließlich Treibstoff
m_Rak - Masse der Rakete während der Brenndauer
m_RakEnd - Masse der Rakete nach Brennschluss
p - Gesamtimpuls

Das Differential des Gesamtimpulses wäre dann:

dp = d(m_Rak * v_Rak) + (- dm_Rak)*(v_Rak - v_Strahl) = 0

dp = v_Rak*dm_Rak + m_Rak*dv_Rak - v_Rak*dm_Rak + v_Strahl*dm_Rak = 0

(Anm: mit Multiplikation Differentiale d(u*v)=v*du + u*dv)

dp = m_Rak*dv_Rak + v_Strahl*dm_Rak = 0

wegen: v_Rak*dm_Rak - v_Rak*dm_Rak heben sich auf

somit:

m_Rak*dv_Rak + v_Strahl*dm_Rak = 0

dv_Rak = - v_Strahl*dm_Rak / m_Rak

integriert:

v_Rak = - v_Strahl * Int (dm_Rak / m_Rak) =
v_Rak = - v_Strahl * [ln m_Rak]
(Anm: Stammfunktion von 1/x ist ln x )

mit Integrationsgrenzen: m_Startmasse und m_RakEnd
v_RakEnd = - v_Strahl * [ln m_Rak]_(m_Startmasse)_(m_RakEnd)=
v_RakEnd = - v_Strahl * {ln (m_Startmasse) - ln (m_RakEnd) }
v_RakEnd = - v_Strahl * ln (m_Startmasse / m_RakEnd)
(Anm: ln (u) - ln (v) = ln (u/v) )

Beispiel für einen Ionenantrieb

v_RakEnd = 24500 m/s * ln ( 486.3 kg/404 kg) = 4543 m/s

Mit:

v_Strahl = 24500 m/s
m_Startmasse = 486.3 kg (Startgewicht mit 81.5 kg Xenon-Gas als Treibstoff und 404 kg Konstruktionsmaterial)
m_RakEnd = 404 kg Konstruktionsmaterial
v_RakEnd = 4543 m/s Endgeschwindigkeit im Space nach Verbrauch des Treibstoffvorrates.

Aus dieser Formel ergibt sich, dass die erreichbare Endgeschwindigkeit v_RakEnd groß ist, wenn die Geschwindigkeit des Gasaustritts (v_Strahl] aus der Düse besonders groß und das übrigbleibende Gewicht (m_RakEnd) ohne Treibstoff, klein ist.

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