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title: 2024 Rocket Motor Verification
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<summary>Table Of Contents</summary>
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| ... | ... | @@ -6,7 +9,7 @@ |
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**Quick Access**\
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[Anleitung](#anleitung-author-stcomosc)\
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[Anleitung Prüfstand](#anleitung-author-stcomosc)\
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[Auswertung](#auswertung--author-stcomosc-)
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The different parameters in the launch of a model rocket shall be verified using a motor test stand, rocket flight simulation and test launches with sensors on board. The results shall be presented during the 2024 DLA Launch Day.
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| ... | ... | @@ -268,7 +271,6 @@ Das Design der Software in Kombination mit dem des Prüfstands hat es uns ermög |
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Zwischen der vorher beschrieben Messreihe und dem Launch Day wurden nur wenige Änderungen vorgenommen. Die Buttons auf der Webapp waren zu klein und wurden größer gemacht und eine Routine hinzugefügt, welche ein Starten der Messung verhindert, wenn keine SD-Karte eingelegt ist.
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### Anleitung (author: @stcomosc)
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#### Webapp
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| ... | ... | @@ -410,6 +412,8 @@ Da wir möglichst schnell Messungen mit 80SPS durchführen wollten, war es nahel |
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3. HX711 wieder einlöten
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4. 10k Widerstand zwischen Pin 15 und 16 (VCC) einlöten
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{width=352 height=217}
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Auf dem Bild ist die zu zertrennende Leiterbahn (in grün) und die Position des 10k Widerstands (in blau) eingezeichnet.
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Die Modifikation war erfolgreich und der Messvertärker konnte auf 80SPS umgebaut werden. Wenn wieder nur 10SPS gefordert sind, kann an einer modifizierten Platine einfach eine Lötbrücke zwischen Pin 15 und 16 eingefügt und bei Bedarf auch wieder entfernt werden.
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| ... | ... | @@ -420,6 +424,8 @@ Um auch die stärkeren Motoren vermessen zu können und keine Wägezelle mit hö |
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Innerhalb der Nennlast wurde die Linearität mit Referenzgewichten aus dem Labor überprüft und es gab keine nennswerte Abweichung. Nur ein Quantisierungsrasuchen überlagert mit einem Rauschen von ca. 0,2g war zu beobachten.\
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Zur Bestimmung der Linearität außerhalb der Nennlast von 1kg wurden verschiedene Gewichte an der Wägezelle befestigt und die ausgegebenen Werte mit einer Küchenwaage verglichen. Als Gewichte wurden 1kg, 1,5kg, 2kg und 3kg verwendet, welche aus mit Wasser gefüllten Flaschen bestanden. Unser Aufbau gab ein Gewicht von 3,063kg aus und auf der Küchenwaage wurden 3,069kg abgelesen. Dies entspricht einer Abweichung von 0,2%. Wichtig war auch, dass die Werte nach einer Entlastung wieder auf den Ausgangswert 0g zurückgingen, um eine plastische Verformung der Wägezelle auszuschließen. Da dies der Fall war, konnte die Linearität des Messaufbaus im Rahmen unserer Möglichkeiten festgestellt werden.
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Außerdem haben wir uns gegen die Verwendung eines Filters entscheiden, da der qualitative Verlauf auch ohne Filterung bewertet werden kann. Viel wichtiger war es uns, dass der maximale Schub nicht durch einen Filter verfälscht wird und gut aufgezeichnet werden kann. Zum Ende des Projekts - bei der Auswertung - wird dieser Wert eine geringere Bedeutung haben, als am Anfang angenommen. Es würde aber immer noch nicht den Einsatz eines Filters rechtfertigen. Zusätzlich werden die Daten nur in der Simulation eingesetzt, welche dämpfende Komponenten beinhaltet, auf die das auftretende Rauschen keine Auswirkung hat.
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### Launch Day 2024
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Zum Launch Day hat sich die Messtechnik nicht weiter verändert.
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| ... | ... | @@ -538,7 +544,7 @@ Um die Simulation mit [OpenRocket](https://openrocket.info) durchzuführen, soll |
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### **Launch Day 2024**
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**B4-4 Motordaten der Feuerung in **[**OpenRocket**](https://openrocket.info)
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\*\*B4-4 Motordaten der Feuerung in \*\*[**OpenRocket**](https://openrocket.info)
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**C6-5 Motordaten der Feuerung in** [**OpenRocket**](https://openrocket.info)
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| ... | ... | @@ -558,14 +564,16 @@ Die folgenden Grafiken und Tabellen wurden aus den Daten unter **RocketMotorTest |
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{width="473" height="284"}
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Bei den B4-Motoren wurde eine Messung ausgeschlossen, da sie sich sehr stark vom Rest unterschied. Den Grund für diese Abweichung konnten wir uns nicht erklären. Der Brennvorgag war vergleichbar zu den anderen und unterschied sich nur in einem Punkt, dass wir eine höhere Temperatur beim Entnehmen festgestellt haben.
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Bei den B4-Motoren wurde eine Messung ausgeschlossen, da sie sich sehr stark vom Rest unterschied. Den Grund für diese Abweichung konnten wir uns nicht erklären. Der Brennvorgag war vergleichbar zu den anderen und unterschied sich nur in einem Punkt, dass wir eine höhere Temperatur beim Entnehmen festgestellt haben.
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{width=461 height=346}
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``insert plot``
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Motor 2 ist die Referenz.
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Scheinbar gibt es Bedingungen beim Abbrennen des Treibsatzes, die für mehr Temeperatur und eine längere, ungleichhmäßige (stotternde) Verbrennung sorgen.
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Scheinbar gibt es Bedingungen beim Abbrennen des Treibsatzes, die für mehr Temeperatur und eine längere, ungleichhmäßige (stotternde) Verbrennung sorgen.
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Im Vergleich der gemessenen Verläufe zu den jeweiligen Referenzen, fällt der B4-Motor als erstes auf. Hier kann man einen großen Unterschied feststellen. Jedoch wird man feststellen, dass sich gelieferte Impuls (siehe weiter unten) nicht groß unterscheidet. Der steilere Anstieg am Anfang ist sogar von Vorteil, da am Anfang viel effizienter beschleunigt werden kann. Bei geringerer Geschwindigkeit ist der Luftwiderstand noch gering und so kann der verbrannte Treibstoff effizienter in Bewegung umgesetzt werden. Zu Erkennen ist das in den Simulationen (weiter unten) an der höheren Geschwindigkeit beim Verlassen der Rampe.
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Scheinbar hat der Hersteller Parameter der Motoren geändert, ohne sie auf dem Datenblatt zu aktualisieren. An dieser Stelle wäre es interssant, dies vom Hersteller bewerten zu lassen. Eine solche Anfrage wird im Anschluss an dieses Projekt erfolgen und an dieser Stelle dokumentiert.
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Im Vergleich der gemessenen Verläufe zu den jeweiligen Referenzen, fällt der B4-Motor als erstes auf. Hier kann man einen großen Unterschied feststellen. Jedoch wird man feststellen, dass sich gelieferte Impuls (siehe weiter unten) nicht groß unterscheidet. Der steilere Anstieg am Anfang ist sogar von Vorteil, da am Anfang viel effizienter beschleunigt werden kann. Bei geringerer Geschwindigkeit ist der Luftwiderstand noch gering und so kann der verbrannte Treibstoff effizienter in Bewegung umgesetzt werden. Zu Erkennen ist das in den Simulationen (weiter unten) an der höheren Geschwindigkeit beim Verlassen der Rampe.\
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Scheinbar hat der Hersteller Parameter der Motoren geändert, ohne sie auf dem Datenblatt zu aktualisieren. An dieser Stelle wäre es interssant, dies vom Hersteller bewerten zu lassen. Eine solche Anfrage wird im Anschluss an dieses Projekt erfolgen und an dieser Stelle dokumentiert.
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Die von uns aufgezeichneten Verläufe der C6-Motoren sind vergleichbar zum Datenblatt. Jedoch liegt ein großer Teil der Werte unterhalb der Referenz.
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| ... | ... | @@ -1051,11 +1059,15 @@ ejection \[ms\] |
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### Scatter Plot zur Untersuchung der Streuung
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In den folgenden drei Plots sieht man die Brenndauer aufgetragen in Relation zum jeweiligen gelieferten Impuls. Der Impuls hat sich als gutes Maß herausgestellt, um das Potential eines Motors zu beurteilen.
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In den folgenden drei Plots sieht man die Brenndauer aufgetragen in Relation zum jeweiligen gelieferten Impuls. Der Impuls hat sich als gutes Maß herausgestellt, um das Potential eines Motors zu beurteilen.
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``instert plots``
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{width=485 height=291}
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Nur ein B4-Motor übertrifft die Herstellerangaben. Bei jedem anderen lagen sie entweder nur knapp darunter (B4) oder sogar eine Ns unterhalb der Referenz. Die D9-Motoren wurden, wie bereits weiter oben erklärt, ausgeschlossen aus der Auswertung.
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{width=489 height=292}
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{width=492 height=295}
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Nur ein B4-Motor übertrifft die Herstellerangaben. Bei jedem anderen lagen sie entweder nur knapp darunter (B4) oder sogar eine Ns unterhalb der Referenz. Die D9-Motoren wurden, wie bereits weiter oben erklärt, ausgeschlossen aus der Auswertung.
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### Simulation (post LaunchDay)
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| ... | ... | @@ -1063,16 +1075,15 @@ Nachdem wir am LaunchDay 2024 das erste Mal Modellrakten gebaut und starten lass |
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In der folgenden Tabelle ist eine Gegenüberstellung der Referenz-Motoren mit unserem jeweils besten und schlechtesten Motor. Als Kriterium zur Bewertung wurde die maximale Höhe der Rakete herangezogen. Es liegt nahe, dass ein Motor, der mehr Schub liefert, die Rakete höher steigen lässt. Und der Schub über die Zeit ist der Impuls.
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``insert table``
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Alle aus den Daten gewonnen Erkenntnisse, bestätigen sich in der Simulation. Sie soll in Kombination mit den zwei auf dem LaunchDay gemessenen Höhen nur noch einmal das vorherige Ergebnis untermauern. Man sieht, dass die realen B4-Motoren in der ersten Phase des Fluges schneller beschleunigen und so früh eine höhere Geschwindigkeit erreichen. Die von uns vermessenen C6-Motoren schließen schlechter als die Referenz ab (20m weniger Höhe). Jedoch liegt der Referenzmotor näher an der realen gemessenen Höhe von 209m. Eine Höhenmesung einer Rakete mit verbautem B4-Motor lieferte hingegegn 92m Apogäum. Dies entspräche unserer Simulation mit dem besten gemssenen Motor.
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Man kann gut erkennen, dass sich die Realität mit einer Simulation nur begrenzt darstellen lässt. Sensitivitäten und eine ungefähre Abschätzung über den Flugverlauf (siehe Modell der Ariane 6) können jedoch gut untersucht werden.
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Man kann gut erkennen, dass sich die Realität mit einer Simulation nur begrenzt darstellen lässt. Sensitivitäten und eine ungefähre Abschätzung über den Flugverlauf (siehe Modell der Ariane 6) können jedoch gut untersucht werden.
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Die Erkenntnisse aus dem Prüfstand lassen sich unsere Meinung nach jedoch schwer einordnen. Der fehlende Einblick in die innere Funktion, Produktion des Motors sowie seiner Auswirkungen auf den gelieferten Schub, lassen uns nur spekulieren.
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Die Erkenntnisse aus dem Prüfstand lassen sich unsere Meinung nach jedoch schwer einordnen. Der fehlende Einblick in die innere Funktion, Produktion des Motors sowie seiner Auswirkungen auf den gelieferten Schub, lassen uns nur spekulieren.
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## Ausblick
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Die Messungen und Simulationen haben gezeigt, dass die gemessenen Werte von den Referenzwerten abweichen. Jedoch ließen sich die genauen Ursachen schwer ausmachen, weshalb zum Beispiel eine Untersuchung des Gewichts vor und nach der Feuerung denkbar wäre. Die vorhanden Wäägezelen können ohne Probleme als weterer Sensor integriert werden. Für diese Untersuchung sind verschlossene (plugged) Motoren notwendig, da die Ausstoßladung sonst die Messung verfälscht. Oder man macht Messungen mit einem Motor, der so eingespannt ist, dass die Wäägezelle das Gewicht des Motors aufnimmt. Auch eine Kombination aus gleichzeitiger Schub- und Gewichtsmessung wäre denkbar. Eventuell bestünde in der Zukunft auch Interesse daran zu untersuchen, wie der Schub sich in alle Raumrichtungen verteilt. Bereits vorbereitet wurde die Messung eines Clusters aus drei Motoren. An dieser Stelle wäre es interessant zu untersuchen, ob die Motoren gleichzeitig zünden und ob sie gleichmäßig abbrennen. Das selbe ließe sich auch untersuchen, wenn am Prüfstand eine elektronische Zündeinrichtung verbaut würde.
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Auf jeden Fall sollte eine Anfrage an den Hersteller gestellt werden, um die Abweichungen zu klären. Außerdem muss für eine Messung stärekerer Motoren (z.B. D9) die Spannvorrichtung verbessert werden.
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Die Messungen und Simulationen haben gezeigt, dass die gemessenen Werte von den Referenzwerten abweichen. Jedoch ließen sich die genauen Ursachen schwer ausmachen, weshalb zum Beispiel eine Untersuchung des Gewichts vor und nach der Feuerung denkbar wäre. Die vorhanden Wäägezelen können ohne Probleme als weterer Sensor integriert werden. Für diese Untersuchung sind verschlossene (plugged) Motoren notwendig, da die Ausstoßladung sonst die Messung verfälscht. Oder man macht Messungen mit einem Motor, der so eingespannt ist, dass die Wäägezelle das Gewicht des Motors aufnimmt. Auch eine Kombination aus gleichzeitiger Schub- und Gewichtsmessung wäre denkbar. Eventuell bestünde in der Zukunft auch Interesse daran zu untersuchen, wie der Schub sich in alle Raumrichtungen verteilt. Bereits vorbereitet wurde die Messung eines Clusters aus drei Motoren. An dieser Stelle wäre es interessant zu untersuchen, ob die Motoren gleichzeitig zünden und ob sie gleichmäßig abbrennen. Das selbe ließe sich auch untersuchen, wenn am Prüfstand eine elektronische Zündeinrichtung verbaut würde.\
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Auf jeden Fall sollte eine Anfrage an den Hersteller gestellt werden, um die Abweichungen zu klären. Außerdem muss für eine Messung stärekerer Motoren (z.B. D9) die Spannvorrichtung verbessert werden. |
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