¿Qué tan rápido vuelan los cohetes modelo? - El modelo de cohete

Si alguna vez has visto un modelo de cohete volar por el aire a máxima velocidad y desaparecer contra el cielo, entonces sabes que los modelos de cohetes son rápidos. Ver el lanzamiento de un modelo de cohete de alta potencia me hizo pensar en este tema, así que comencé a investigar en profundidad.

Entonces, ¿qué tan rápido vuelan los cohetes modelo? Los cohetes modelo generalmente vuelan a velocidades máximas de menos de 250 mph, pero hay algunos que vuelan más rápido. Los cohetes más grandes de alta potencia pueden alcanzar velocidades superiores a Mach 1.

La velocidad que puede alcanzar un modelo de cohete depende de la potencia del motor utilizado para lanzarlo y de las características de velocidad del propio cohete. Este artículo explorará todos los factores que influyen en la velocidad del cohete modelo.

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Velocidades de un cohete modelo

No se oye hablar mucho sobre la velocidad de un cohete modelo porque puede ser difícil de medir con el uso de equipo especializado o un simulador de cohete, y la velocidad de un cohete depende de numerosos factores, algunos dentro de nuestro control y otros fuera de nuestro control.

El problema de señalar la velocidad de un modelo de cohete es que cambia constantemente a medida que pasa por cada etapa sin luz.

El cohete modelo se lanza con una explosión de poder. Su velocidad se acelera hasta el punto en que quema todo su combustible. El cohete alcanzará su velocidad máxima justo antes de que su motor se quede sin combustible.

Una vez que el cohete se queda sin combustible, entra en la fase de inercia. Impulsada hacia adelante por su propio impulso, seguirá subiendo, pero también ganará esa altitud a velocidades cada vez más lentas.

El modelo de cohete comienza a desacelerarse debido a los efectos del peso y la resistencia, de los que hablaré más adelante. Eventualmente, el cohete dejará de ganar altura. Aquí es cuando el cohete alcanza su apogeo.

El sistema de recuperación se lanzará poco después de que el cohete alcance el apogeo cuando comience a caer al suelo bajo el poder de la gravedad.

Es difícil precisar exactamente qué tan rápido irá un cohete modelo en los segundos en que quema su combustible, y la velocidad máxima que alcanza un cohete modelo no siempre significa que ganará una mayor altitud.

Estimación de la velocidad del cohete modelo

Aunque la velocidad del modelo de cohete cambia rápidamente después de lanzar el cohete, hay algunas formas de obtener una idea de la velocidad promedio del modelo de cohete. Ninguno de estos métodos es preciso, pero si solo está buscando un estadio vago de la velocidad promedio de su modelo de cohete, lo ayudarán.

Uso de la información del kit

Si está comprando un kit de cohete modelo, puede utilizar la información en el paquete y el motor del kit para tener una idea general de lo que es capaz de hacer el cohete. Definitivamente, esta no es la forma más precisa de determinar la velocidad de su modelo de cohete, pero podría darle una idea general del potencial de velocidad del modelo de cohete en su equipo.

Aquí está la información que necesitará:

Altitud máxima estimada Tiempo de combustión recomendado por el motor más potente Tiempo de retardo recomendado por el motor más potente

Por lo general, puede encontrar la altitud máxima estimada de un modelo de cohete en su empaque o en la página de descripción del producto en línea, y el tiempo de retraso es el número en el código del motor.

Encontrar el tiempo de agotamiento puede requerir un poco más de investigación. Estes detalla mucha información útil en su Tabla de motores, incluida la duración del empuje o el tiempo que tarda el motor en quemarse. Tiene muchos motores de uso común, pero no incluye todos los motores que pueda encontrar.

Para determinar qué tipo de velocidad promedio podría obtener de su cohete, divida la altura máxima posible estimada por el tiempo de retardo más la duración del empuje indicada para el motor más fuerte en la lista de motores recomendados.

Un ejemplo:

Tomemos el conjunto de lanzamiento Estes Silver Arrow (enlace para leer reseñas y ver precios en Amazon) y veamos qué tipo de estimación de velocidad promedio podemos obtener.

Altura máxima estimada: 1125 pies

Motor más potente: C6-7

Duración de Burnout / Thrust: 1.9 segundos

Tiempo de retardo: 7 segundos

Burnout (1,9) + Retraso (7) = 8,9 segundos

Altura máxima (1125) / 8,9 = 126,4 pies por segundo o 86 mph

Ahora bien, ¿qué te dice realmente este número? Solo le indica la velocidad media, incluidas las velocidades más lentas, cuando se detiene. Un cohete está a su velocidad más rápida justo antes de que su motor se apague y su velocidad máxima podría fácilmente duplicar su velocidad promedio.

Usando las medidas que toma usted mismo

Para una experiencia más práctica, puede estimar la velocidad promedio de su modelo de cohete midiendo la altitud del cohete en el apogeo y el tiempo que tardó en llegar allí. Este método solo funcionará si realmente puede ver el cohete cuando alcanza el apogeo.

Esto es lo que necesitará:

Un rastreador de altitud como Estes Altitrack (enlace para leer reseñas y ver precios en Amazon) Un cronómetro

Para tomar estas medidas, una persona necesitará usar el Altitrack para medir la altitud del modelo de cohete en un apogeo, y la otra necesitará usar un cronómetro para medir cuánto tarda el cohete en alcanzar el apogeo.

Hay formas de medir la altitud del cohete en el apogeo además del Altitrack, pero implican calculadoras de ángulos y cálculos montados. El uso de Altitrack se basa en los mismos principios, pero es mucho más conveniente.

Para calcular la velocidad media del cohete, deberá dividir la altitud en el apogeo por el tiempo que tardó el cohete en alcanzar el apogeo.

Un ejemplo:

Altitud: 900 pies

Tiempo para alcanzar Apogeo: 5 segundos

900/5 = 180

Si el cohete tarda 5 segundos en alcanzar su punto máximo y viaja 900 pies, estaría viajando 180 pies por segundo o 122,7 mph.

Recuerde, esta no es la velocidad con la que comienza en el despegue o termina después de que alcanza su punto máximo porque el cohete acelera constantemente hasta que se queda sin combustible y luego desacelera constantemente. Es un promedio de la velocidad a la que viajó.

Midiendo con precisión el modelo RocketSpeed

Hasta ahora, te he mostrado cómo hacer algunas estimaciones básicas de la velocidad de tu modelo de cohete, pero como dije, estas son inexactas. Si estás trabajando en un proyecto científico o quieres participar en competencias de modelos de cohetes, entonces vas a querer precisión.

La única forma de medir la velocidad real de un modelo de cohete es conectar un dispositivo llamado acelerómetro al cohete antes de lanzarlo.

Productos como Jolly Logic AltimeterTwo (enlace para leer reseñas y consultar precios en Amazon) medirán la velocidad máxima de su cohete y más. El AltimeterTwo incluye 10 datos diferentes sobre cada vuelo, incluida la velocidad máxima, la altitud más alta, la duración del empuje del motor, la aceleración máxima, el tiempo de expulsión y el tiempo total de vuelo. Se puede conectar al exterior de su cohete o también es lo suficientemente pequeño como para caber dentro de la mayoría de los cohetes.

Si está buscando cada vez más datos, puede probar el Jolly Logic AltimeterThree (enlace para leer reseñas y consultar precios en Amazon) que se conecta a su teléfono inteligente con Bluetooth. Los datos de lanzamiento se envían a su teléfono donde crea un gráfico con toda la información pertinente.

Alternativamente, puede crear un acelerómetro de bricolaje, pero esto requiere una comprensión más profunda de la electrónica.

Cómo el empuje afecta la velocidad

El empuje es la fuerza que mueve un cohete por el aire. Se genera por la reacción que tiene lugar en el motor cuando se enciende.

El empuje es lo que hace que el cohete supere el peso y se arrastre y se mueva desde el suelo. Si un cohete no tiene suficiente empuje, no superará estas fuerzas y no despegará.

La cantidad de fuerza con la que se lanzará un modelo de cohete depende del impulso total y del empuje promedio, que describiré a continuación.

Cuanto más empuje produce un motor en un instante, más rápido volará el modelo de cohete. En las secciones que siguen, discutiré cómo el código de clasificación en un modelo de motor de cohete describe la cantidad de empuje que puede generar.

Impulso total

El impulso total es la cantidad de energía disponible en el motor de un cohete modelo. Para pensarlo en términos sencillos, es la cantidad de combustible que tiene el motor. Si lo comparamos con un automóvil, sería la cantidad de gasolina en el tanque.

Para determinar el impulso total del motor de un cohete modelo, debe consultar el código impreso en el motor. Se verá algo parecido a esto: B4-4. La primera letra de este código, en este caso una B, se refiere a la clase de impulso total del motor.

Aquí hay una tabla que muestra el impulso total para diferentes modelos de motores cohete.

Motor de cohete Impulso total

Clase de motor de cohete Impulso total (en Newton-segundos) 1 / 4A0.6251 / 2A1.25A2.5B5C10D20E40F80G160

A medida que las letras ascienden, el impulso total del modelo de motor cohete típicamente se duplica.

El impulso total determinará durante cuánto tiempo el motor puede producir el empuje necesario para continuar acelerando.

Pensando en el ejemplo del automóvil, la cantidad de combustible en nuestro tanque de gasolina no determina qué tan rápido podemos ir, sino cuánto tiempo podemos hacerlo a una cierta velocidad.

Empuje medio

El número que sigue a la letra en el código se refiere al empuje promedio del motor. En el ejemplo del motor B4-4, este es el número 4.

El empuje medio es la velocidad a la que el motor utilizará el combustible disponible.

Todos los motores clasificados con una B tendrán aproximadamente la misma energía disponible para que la usen para enviar el cohete por el aire, pero aquellos con un número más alto quemarán ese combustible más rápidamente y aquellos con un número más bajo lo harán más lentamente.

Si comparamos esto con un automóvil, el empuje promedio sería la cantidad de presión que pones en el pedal del acelerador. El empuje promedio se relaciona directamente con la cantidad de combustible que se usa y la rapidez con la que irá el modelo de cohete.

En caso de que sienta curiosidad, el último número es cuántos segundos después de que el motor se quede sin combustible que tardará antes de que active el sistema de recuperación. En este punto, todo el empuje se detendría y el cohete comenzaría un descenso seguro.

Cómo el peso, el arrastre y la sustentación afectan la velocidad del cohete del modelo

El peso, la resistencia y la sustentación son fuerzas naturales que afectan la velocidad máxima que puede alcanzar un modelo de cohete. Para alcanzar su velocidad máxima, un modelo de cohete debe superar los efectos del peso y la resistencia, y utilizar las fuerzas de elevación a su favor.

Peso

No siempre pensamos en ello, pero todo nuestro peso depende de la gravedad. Es una medida de la fuerza descendente que ejerce la gravedad de la Tierra sobre nosotros. El peso de un modelo de cohete le dirá cuánta fuerza lo empujará hacia abajo mientras el motor lucha por lanzarlo hacia arriba.

Cuanto más pesado sea un cohete, más grande tendrá que ser el motor para contrarrestar la fuerza de gravedad.

Arrastrar

El arrastre tiene que ver con la aerodinámica del cohete. La resistencia se crea cuando un cuerpo sólido, como un cohete, entra en contacto con líquido o gas, como el aire.

Cuanto más aerodinámico sea un cohete, menos resistencia tendrá, más rápido podrá ir y más lejos podrá volar.

Elevar

La sustentación es otra fuerza aerodinámica, pero, a diferencia del arrastre, la sustentación ayudará a que el cohete viaje más rápido. En los aviones, la sustentación es la fuerza que ayuda al avión a superar su peso.

En el caso de los cohetes, la elevación se usa para estabilizar el cohete y mantenerlo volando hacia arriba. Si un cohete no vuela directamente hacia arriba, puede encontrar más resistencia y se ralentizaría.

¿Cómo afecta el tamaño del motor al modelo? Velocidad del cohete

El tamaño del motor no afecta directamente a la velocidad del cohete. La velocidad del cohete es más fuertemente influenciada por el empuje promedio, o la velocidad con la que el motor quema a través de su combustible para crear empuje.

Los Estes Rockets vienen en cuatro tamaños mini (13 mm), estándar (18 mm), 24 mm y 29 mm. A medida que el motor aumenta de tamaño, también lo hace el impulso total porque hay espacio para más combustible en el motor, pero un cohete modelo también tendrá que ser más grande y más pesado para sostener el motor de mayor tamaño.

El combustible adicional disponible en un motor más grande puede usarse para diferentes propósitos, y esos propósitos no siempre son la velocidad. Esto es lo que puede hacer un motor con combustible adicional.

Un motor podría usar ese combustible adicional para levantar un cohete más pesado Un motor podría usar el combustible adicional para aumentar la duración del empuje, o la cantidad de tiempo que el motor proporciona empuje al cohete Un motor podría usar el combustible adicional para aumentar la velocidad del cohete modelo aumentando el empuje medio. Cuanto más rápido se queme a través del combustible, más rápido volará.

Por lo tanto, un motor más grande no siempre significará un modelo de cohete más rápido.

Un cohete que rompe la barrera de sonido

Eso es correcto. Algunos modelos de cohetes hechos de papel y plástico pueden romper la barrera del sonido y crear un boom sónico. Por supuesto, ese boom sónico es difícil de escuchar ya que es probable que la roca esté a más de 100 pies en el aire y el boom es relativamente pequeño. Sigue siendo una hazaña asombrosa.

Para romper la barrera del sonido y crear un boom sónico, un cohete debe viajar a más de 767 millas por hora.

Ahora, ya he dicho que la mayoría de los modelos de cohetes no van más rápido que 250 millas por hora, y esto es cierto, pero para que un cohete sea capaz de romper la barrera del sonido, debe fabricarse especialmente con ese propósito en mente. . Los motores utilizados para hacer esto también están restringidos a los mayores de 18 años.

El Apogeo Aspire

Pero, ¿cómo lo gestionan? Veamos un modelo de kit de cohetes que afirma poder romper la barrera del sonido: el ApogeeAspire.

El Apogee Aspire (enlace para leer reseñas y consultar precios en Amazon) puede volar a más de una milla de altura con un motor F, y puede romper la barrera del sonido cuando se usa un motor G.

Logra esta hazaña al ser increíblemente liviano. El cohete mide 29 pulgadas de largo y solo pesa 1,85 oz. Todos los componentes del cohete son extremadamente ligeros. El cuerpo está hecho de tubos de papel delgados, la nariz es de plástico delgado y las aletas están hechas de madera de balsa superligera.

De acuerdo con las predicciones de altitud generadas con un simulador llamado RockSim, cuando se combina con el Estes E12-8, el Apogee Aspire puede alcanzar una altitud de 2,116 pies en alrededor de 10 segundos (estimado a partir del tiempo de combustión más el tiempo de retraso). Esto es aproximadamente 212 pies por segundo o 144 millas por hora en promedio.

Con un motor más fuerte como el Apogee F10-8, el Apogee Aspire alcanzó una altura de 5,479 pies en aproximadamente 16 segundos en el simulador. Este es un promedio aproximado de 342 pies por segundo o 233 mph.

Con un motor aún más fuerte como el Aerotech29mm G78G-10, el Apogee Aspire alcanzó una altura de 4,171 pies en aproximadamente 11 segundos. Esto es aproximadamente 379 pies por segundo o 258 millas por hora.

Algo que esto nos muestra es que la velocidad no lo es todo. El motor más lento en realidad dio como resultado una mayor altitud, mientras que el motor más rápido tuvo un tiempo de combustión más rápido y, por lo tanto, no pudo ir tan alto.

Ahora, ninguno de estos números muestra que el cohete rompió la barrera del sonido, pero estos son a) solo estimaciones de la velocidad basadas en la información que tengo yb) solo reflejan la velocidad promedio, no la velocidad máxima. Sin embargo, Apogee informa que con un motor G, el cohete cruzará la marca de 767 millas por hora para romper la barrera del sonido (aunque sea momentáneamente).

Además, debido a que el retraso generalmente activa la recuperación después de que el cohete ha dejado de ganar altura, estas velocidades son probablemente un poco más lentas de lo que deberían ser.

La velocidad del Apogee Aspire se puede ver en este video:

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