Inhaltsverzeichnis

1. Grundlagen der Raketentechnik 1

Wie funktioniert eine Rakete? 1
Rakete mit festem Treibstoff 6
Rakete mit flüssigem Treibstoff 9
Funktionsweise einer V2-Flüssigstoffrakete 9
Rakete mit flüssigem und festem Treibstoff 15
Aufbau der Atmosphäre 17
Schwerkraft als Ursache der Fallbeschleunigung 19
Satelliten 20
Begriffe und Definitionen im Kurzüberblick 28

2. Kenngrössen einer Rakete 31

Verhältnisse 31
BEISPIEL 2-1. Leistungs- und Kenndaten einer Rakete berechnen 37
Schubkraft – ein Mass für die Rückstosskraft einer Rakete 41
BEISPIEL 2-2. Zunahme des Schubes mit steigender Höhe berechnen 50
Spezifischer Impuls – ein Mass für die Leistung eines Raketenantriebes 52
Geschwindigkeit, mit der die Abgase aus der Düse entweichen 57
Charakteristische Geschwindigkeit – ein Mass für die Treibstoffenergie 61
Schubkoeffizient – ein Mass für die Leistungssteigerung durch die Düse 64
Totalimpuls – ein Mass für das Arbeitsvermögen eines Raketenantriebes 66
BEISPIEL 2-3. Zunahme des Impulses mit zunehmender Höhe berechnen 68
Wirkungsgrad - ein Mass für die Energieverluste eines Raketenantriebes 70
BEISPIEL 2-4. Spezifischer Impuls eines Treibstoffes berechnen 73
BEISPIEL 2-5. Wirkungsgrade einer Rakete bestimmen 75

3. Die theoretischen Grundlagen der Raketentechnik 76

Grundlagen der Wärmelehre 76
Erweiterungsverhältnis der Düse – das Verhältnis des grössten und kleinsten Düsenquerschnittes 78
Geschwindigkeit, mit der die Abgase aus der Düse entweichen 79
BEISPIEL 3-1. Ausströmgeschwindigkeit und spezifischer Impuls berechnen 82
Schubkoeffizient 84
BEISPIEL 3-2. Mündungsdruck und Nenndruckhöhe einer Düse bestimmen 86
BEISPIEL 3-3. Schubzunahme mit der Höhe bei gleichbleibendem Brennkammerdruck berechnen 87
Der Einfluss des Brennkammerdruckes auf den Schubkoeffizienten 89
BEISPIEL 3-4. Schubzunahme mit der Höhe bei veränderlichem Brennkammerdruck berechnen 90
Raketen und Düsen in der Praxis 92
BEISPIEL 3-5. Leistungsvergleich zweier baugleicher Triebwerke mit unterschiedlichen
Erweiterungsverhältnissen der Düse
96

Korrekturfaktor misst die Abweichung zwischen den berechneten und experimentellen Werten 99
BEISPIEL 3-6. Tatsächliche Werte mit dem Schubkorrekturfaktor ermitteln 101

4. Raketenflug 104

Höchstgeschwindigkeit einer Rakete berechnen 104
Mehrstufige Raketen - übereinander montierte Einzelraketen107
BEISPIEL 4-1. Nutzlastverhältnis der 4-stufigen Rakete Scout berechnen 109
Höchstgeschwindigkeit einer mehrstufigen Raketen berechnen 110
BEISPIEL 4-2. Höchstgeschwindigkeit einer 4-stufigen Rakete berechnen 113
Notwendiger Startschub einer Rakete bestimmen 116
Flugbahn einer einstufigen Notsignalrakete ermitteln 119
Einfluss des Luftwiderstandes auf die Höchstgeschwindigkeit 129
Grösse der Heckflossen einer Rakete bestimmen 130
Steuerung und Stabilisierung einer aufsteigenden Rakete 132
BEISPIEL 4-3. Flugstabilität einer Rakete bestimmen 143
Satelliten und Weltraumsonden 146
Erforderliche Treibstoffmenge für verschiedene Raumfahrtmissionen 150
Bergung einer Rakete mit Fallschirm 154

5. Feststoff-Raketenantriebe 159

Allgemeines159
Grundlagen der Feststoff-Raketenantriebe 161
BEISPIEL 5-1. Daten eines Treibsatzes für Modellraketen berechnen 165
Festigkeit eines Raketenantriebes 167
BEISPIEL 5-2. Betriebsdruck eines Triebwerks ermitteln 168
BEISPIEL 5-3. Notwendige Wanddicke eines Triebwerks ermitteln 170

6. Kautschukelastischer Treibsatz 172

Allgemeines 172
Aufbau eines Feststoff-Raketenantriebes 173
Form und Gestalt von Treibsätzen 177
Wahl der geeigneten Treibsatzform 179
Festigkeit und Segmentbauweise von Treibsätzen 182
Abbrandverhalten von Feststoff-Raketenantrieben 187
Raketenantrieb für die Interkontinentalrakete Minuteman II entwickeln 189
Herstellung eines kautschukelastischen Verbundtreibsatzes 206
Herstellung eines elektrischen Zünders für Treibsätze 213

7. Feuerwerksraketen 215

Eigenschaften von Schwarzpulver 215
Herstellung von Holzkohle für Schwarzpulver 218
Herstellung von Schwarzpulver 219
Schwarzpulverraketen und ihre Herstellung 228
Skizzen von herkömmlichen Schwarzpulverraketen 235
Herstellung einer Sternbukett-Feuerwerkskugel mit Raketenantrieb 237
Herstellung von Feuerwerksraketen mit alternativen Treibstoffen 243
Herstellung von Feuerwerksraketen mit Stirnabbrand 255
Herstellung von Feuerwerksraketen mit Drallstabilisierung 257
Schubkraft und Verbrennungsdruck einer Feuerwerksrakete berechnen 261
U.S. Standardatmosphäre 1979 266