Streichholzrakete (SSR-1)
Physik
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Definition
Die Streichholzrakete SR-1 (Standard-Streichholzrakete 1) war die erste von mehreren Typen in einer Entwicklungsreihe. Ziel war ein möglichst stabiles Start- und Flugverhalten bei wiederholten Starts. Die Mindestflugweite sollte dabei zwei Meter sein. Der Typ SR-1 erreichte Flughöhen von bis zu über 3 Metern und Flugweiten von über 6 Metern, krankte aber an häufigen Fehlzündungen und Fehlstarts.
Versionsdaten
- Alufolie von 6 cm mal 14 cm
- 3 Zündköpfe von Streichhölzern[1]
- Starthöhe etwa 90 cm über dem Boden
- Startmasse ohne Rampe: etwa 0,30 Gramm[10]
- Startmasse mit 10-cm Rampe: etwa 0,86 Gramm[11]
- Holzspieß als Startrampe, in Erde gesteckt
- Zündung mit BIC Feuerzeug von außen
Bewertung
Stärken
Mängel
- Von 10 Starts bis zu 10 Fehlzündungen/Fehlstarts.
- Häufige Durchbrände am Raketenmotor[4]
- Verbrennungsgase oft langsam am Kopf ausgetreten[5]
- Schwierige Wicklung am Raketenkopf[6]
- Wirkungslose Schwaden am Düsenende[7]
- Verlorene Energie durch Erdlagerung[8]
- Zu lange Anzünddauer, bis 20 s[9]
Anleitung
Material
Raketenkörper
Start
Werkzeug
Sicherheit
Vorbereitung
- Schneide aus Alufolie rechteckige Stücke von 13 bis 15 cm Länge und 6 cm Breite aus.
- Lege das Rechteck so auf den Tisch, dass links und rechts die kürzeren Ränder und oben und unten die längeren Ränder sind.
- Die längere Seite oben sei A, die kürzere Seite rechts B, die längere Seite unten C und die kürzere Seite rechts D.
- Mache einer geraden Knick K parallel zur rechten kürzeren Seite D, etwa 2 bis 3 cm von der Seite entfernt.
- Markiere mit dem Stift auf dem Knick einen Punkt P, etwa 2 cm unterhalb der längeren oberen Randlinie A.
- Nimm die Kombinzange und ein Streichholz.
- Halte das Streichholz über das Rechteck aus Alufolie.
- Schabe oder quetsche mit der Zange das (meist farbige) Zündmittel ab.
- Das bröselige Zündmittel soll am Ende ganz auf dem Alu-Rechteck liegen.
- Mache das mit insgesamt drei Streichhölzern.
Montage
- Nimm den Holzspieß und lege ihn mit seinem stumpfen Ende auf die Markierung auf dem Knick.
- Versammle das zerbröselte Zündmaterial nahe am markierten Punkt P auf dem Knick.
- Die richtige Ausführung dieses Schrittes scheint von großer Wichtigkeit zu sein.
- Das Zündmaterial muss eng beieinander liegen, darf aber nicht zu kugelig werden.
- Die spätere Raketenspitze sollte keinen dicken Kopf ausbilden, eher länglich sein.
- Gleichzeitig muss man darauf achten, dass das Zündmaterial einen Abstand von gut 2 cm zum oberen lange Rand A einhält. Das ist für die Dichtigkeit des Raketenkopfes wichtig.
- Bringe nun die Alufolie in eine Position, dass der Knick K ganz nach unten zeigt.
- Positioniere das Zündmaterial nahe am Punkt P, genauso wie auch das stumpfe Ende des Holzspießes.
- Dieser Schritt erfordert Geschick und vielleicht längere Übung.
- Knicke dann die Alufolie so um Spieß und Zündmaterial, dass beide am Knick K fixiert sind.
- Halte die spätere Spitze (Seite A der Alufolie) leicht nach oben. Damit rutscht das Zündmittel von alleine hin zur Soll-Position am Punkt P.
- Dann rolle die Alufolie langsam um den Knick K.
- Dadurch entsteht die eigentliche Raketenform.
- Achte beim Rollen darauf, wie eng die Folie auf den Spieß drückt.
- Ist die Wicklung zu eng am Spieß, der als Startrampe nicht mitfliegen soll, kann die Rakete nicht abheben.
- Ist die Wicklung nicht eng genug, strömen die Verbrennungsgase später ohne Antriebswirkung nutzlos aus.
- Gut ist es, wenn man am Ende die Rakete mühelos und ohne großen Kraftaufwand auf dem Spieß hin und her bewegen kann, aber die Rakete dabei eng am Spieß geführt bleibt, also kaum Spiel seitwärts hat.
- Wenn die Rakete zusammengerollt ist, dann zwirbele die Alufolie an der Spitze eng zusammen.
- Auch dieser Arbeitsschritt ist für den Erfolg sehr kritisch: zwirbelt oder quetscht man zu nahe an dem eingewickelten Zündmaterial, reißt die Folie innen ein und wird undicht.
- Zwirbelt man nicht eng genug, strömen die Verbrennungsgase später an der Raketenspitze aus.
- Am Ende kann man die verzwirbelte Raketenspitze noch mit der Kombizange zusammen quetschen und einmal in sich falten. Das erhöht die Dichtigkeit.
- Damit ist der eigentliche Raketenkörper fertig.
Fazit
Als Hauptsächliche Quelle von Fehlzündungen und Fehlstarts kommt die Raketenhülle im Bereich der Brennkammer in Betracht. Vor allem der Vorgang der Wicklung selbst scheint problematisch zu sein. Das rote Zündpulver der Streichhölzer blieb nicht eng begrenzt in der vorgesehenen Brennkammer sonder wurde beim Wickeln verteilt. Verbesserungen hin zum Typ SSR-2:
- Kontrollierte Umwicklung der Zündmasse in der Brennkammer
- Fester Untergrund als Widerlager für die Startrampe
Fußnoten
- [1] Die Dicke von Alufolie für den Hausgebrauch liegt meist zwischen 8 bis 15 µm oder Mikrometern. Die für den Typ SR-1 verwendete Alufolie hatte eine Dicke von 10 µm, gekauft unter dem Artikelnamen Rufus bei der Drogeriemarke Roßmann. Die Dicke von 10 µm wurde über eine Wägung und die Kenntnis der Dichte von Aluminium rückwirkend berechnet. Siehe auch Alufolie ↗
- [2] Die verwendeten Streichhölzer waren von der Marke "Stevenson", hatten einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge (des Querschnitts) von 2 mm, einen roten Zündkopf, eine Länge von 5,6 cm und eine Masse von rund 0,15 Gramm. Siehe auch Streichholz ↗
- [3] Holzspieße werden im Handel mit verschiedenen Durchmessern angeboten. Die hier verwendeten Holzspieße hatten einen Durchmesser von 1,6 Millimetern, gemessen mit einem Messschieber. Siehe auch Holzspieß ↗
- [4] Als Raketenmotor wird hier der Bereich bezeichnet in dem nahe am oberen Ende der Rakete die Zündmasse der Streichhölzer eingewickelt war. Ein Durchbrand äußerte sich dadurch, dass die Aluminiumfolie dort komplette von innen nach außen durchgebrannt war und die Verbrennungsgase seitlich austraten.
- [5] Nach vielleicht 5 bis 15 Sekunden von außen an den Raketenkörper gehaltener Feuerzeugflamme traten oft langsam Schwaden von Verbrennungsgasen langsam am Raketenkopf nach außen. Das deutete auf einen undichten Raketenkopf hin. Verschiedene Baumethoden wie engeres Verdrillen oder Zuquetschen der Raketenspite mit einer Kombizange brachten keine zuverlässige Abhilfe.
- [6] Das Einwickeln der Zündmasse der drei Streichhölzer am Raketenkopf war eines der Bauprobleme. Die Zündmasse blieb bei der Montage nicht an einer Stelle, rutschte oder hüpfte auf der Alufolie umher. Damit lag am Ende die Zündmasse wahrscheinlich nicht kompakt in einem Brennraum sondern verteilte sich auf mehre Zwickel oder Zwischenräume von Wicklungen. Auch kam es vor, dass man beim engen Verzwirbeln der Alufolie am Raketenkopf die Folie an größeren Stückchen Zündmasse einriss, sodass der Brennraum undicht war.
- [7] Oft traten die Verbrennungsgase nach der Zündung langsam am unteren Ende der Rakete, an der Düsenseite, aus. Die Rakete hob nicht ab. Ursache ist eine vielleicht zu lockere Wicklung der Alufolie um den Holzspieß (also die Startrampe).
- [8] Der Holzspieß als Startrampe wurde bei allen Versuchen locker in die Erde eines Blumentopfes gesteckt. Ausfaserungen am unteren, erdseitigen Ende des Holzspießes nach mehreren Starts deuten an, dass der Holzspieß selbst einen Rückstoß erfuhr, der vielleicht einen größeren Teil der Energie aufnahm, die somit nicht auf die Rakete übertragen wurde. Abhilfe sollte hier eine Fixierung des Holzspießes auf einem festen Untergrund (z. B. Stein) bringen. Der theoretische Hintergrund ist die Erhaltung von Energie und Impuls sowie die Verteilung dieser zwei Größen nach der Zündung auf a) die Startrampe und b) den Raketenkörper. Rechnerisch kann man die Größe des Effekts vielleicht abschätzern über die Stoßgesetze. Siehe dazu zum Beispiel elastischer Stoß ↗
- [9] Gezündet wurde die Rakete von einer Feuerzeugflamme (BIC-Feuerzeug), die von außen an den Körper gehalten wurde. Auch bei idealen Bedingungen mit Windstille dauerte der Zündvorgang oft bis zu 15 oder sogar 20 Sekunden. Zu befürchten ist dabei eine Beschädigung des Aluminiums. Das müsste näher untersucht werden.
- [10] Bei der Montage wurde das zurechtgeschnitte Aluminium (14,5 mal 7 cm² Rechteck) mit der daraufgeträufelten roten Zündmasse von insgesamt drei Streichhölzern immer wieder einzeln gewogen. Der angezeigte Wert lag meist sehr nahe bei 0,3 Gramm.
- [11] Es wurden zehn startklare Raketen inklusive ihrer umwickelten Startrammpe (Holzspieß) von 10 cm Länge gemessen. Die Gesamtmasse aller 10 Raketen war 8,56 Gramm. Damit war die durchschnittliche Masse einer Rakete mit Rampe rund 0,86 Gramm.
