Quão rápido os modelos de foguetes voam? - O Foguete Modelo

Se você já assistiu a um modelo de foguete voando pelo ar em alta velocidade e desaparecendo no céu, você sabe que o modelo de foguete é rápido. Assistir ao lançamento de um modelo de foguete de alta potência começou a se preocupar com esse assunto, então comecei uma pesquisa aprofundada.

Então, quão rápido os modelos de foguetes voam? Os modelos de foguetes geralmente voam em velocidades máximas inferiores a 250 mph, mas há alguns que voam mais rápido. Foguetes maiores de alta potência podem atingir velocidades maiores do que Mach 1.

A velocidade que um modelo de foguete pode atingir depende da potência do motor usado para lançá-lo e das características de velocidade do próprio foguete. Este artigo explorará todos os fatores que influenciam a velocidade do foguete modelo.

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Velocidades de um foguete modelo

Você não ouve falar muito sobre a velocidade do foguete modelo porque pode ser difícil de medir com o uso de um equipamento especializado ou um simulador de foguete, e a velocidade de um foguete depende de vários fatores, alguns dentro do nosso controle e alguns fora do nosso controle.

O problema em localizar a velocidade de um foguete modelo é que ele muda constantemente à medida que passa por cada estágio fora da luz.

O modelo de foguete é lançado com uma explosão de força. Sua velocidade acelera até o ponto em que queima todo o seu combustível. O foguete atingirá sua velocidade máxima antes que o motor acabe com o combustível.

Depois que o foguete fica sem combustível, ele entra na fase de desaceleração. Impelido para a frente por seu próprio impulso, ele continuará a subir, mas também ganhará essa altitude a taxas cada vez mais lentas.

O modelo de foguete começa a desacelerar por causa dos efeitos de peso e arrasto, sobre os quais falarei mais a seguir. Eventualmente, o soquete irá parar de ganhar altitude. É quando o foguete atinge o apogeu.

O sistema de recuperação será lançado logo depois que o foguete atingir o apogeu, quando começar a cair de volta ao solo sob a força da gravidade.

É difícil determinar com exatidão a velocidade de um foguete modelo nos segundos em que consome seu combustível, e a velocidade máxima que um foguete modelo atinge nem sempre significa que ele ganhará maior altitude.

Estimando a velocidade do foguete modelo

Embora a velocidade do modelo do foguete mude rapidamente após o lançamento do foguete, existem algumas maneiras de obter uma ideia da velocidade média do modelo. Nenhum desses métodos é preciso, mas se você está apenas procurando uma vaga estimativa da velocidade média do seu modelo de foguete, eles o ajudarão.

Usando as informações do kit

Se você está comprando um kit de foguete modelo, pode usar as informações na embalagem e no motor do kit para ter uma ideia geral do que o foguete é capaz. Definitivamente, esta não é a maneira mais precisa de determinar a velocidade de seu foguete modelo, mas pode dar uma ideia geral do potencial de velocidade do foguete modelo em seu kit.

Aqui estão as informações de que você precisa:

Altitude máxima estimadaMais potente motor recomendado tempo de combustãoMost motor potente recomendado tempo de atraso

Normalmente, você pode encontrar a altitude máxima estimada de um foguete modelo em sua embalagem ou na página de descrição do produto online, e o tempo de atraso é o número no código do motor.

Encontrar o tempo de esgotamento pode exigir um pouco mais de escavação. Estes detalham muitas informações úteis em seu gráfico do motor, incluindo a duração do empuxo ou quanto tempo leva antes que o motor queime. Tem muitos motores comumente usados, mas não inclui todos os motores que você possa encontrar.

A fim de determinar que tipo de velocidade média você poderia obter do seu foguete, divida a altura máxima possível estimada pelo atraso de tempo mais a duração do empuxo listada para o motor mais forte na lista de motores recomendados.

Um exemplo:

Vamos pegar o Estes Silver Arrow Launch Set (link para ler comentários e ver preços na Amazon) e ver que tipo de estimativa de velocidade média podemos obter por ele.

Altura máxima estimada: 1125 pés

Motor mais potente: C6-7

Duração de Burnout / Impulso: 1,9 segundos

Tempo de atraso: 7 segundos

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

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

Agora, o que esse número realmente diz a você? Diz apenas a velocidade média, incluindo as velocidades mais lentas, à medida que chega a uma paragem. Um foguete atinge sua velocidade mais rápida antes que seu motor chegue à exaustão. Sua velocidade máxima poderia facilmente dobrar sua velocidade média.

Usando medidas que você mesmo faz

Para uma experiência mais prática, você pode estimar a velocidade média de seu foguete modelo medindo a altitude do foguete no apogeu e quanto tempo levou para chegar lá. Este método só funcionará se você puder ver o soquete quando ele atingir o apogeu.

Aqui está o que você precisa:

Um rastreador de altitude como o Estes Altitrack (link para ler comentários e ver preços na Amazon) Um cronômetro para alguém para ajudar

Para fazer essas medições, uma pessoa precisará usar o Altitrack para medir a altitude do foguete modelo atapogeu, e a outra precisará usar um cronômetro para medir quanto tempo leva para o foguete atingir o apogeu.

Existem maneiras de medir a altitude do soquete no apogeu, além do Altitrack, mas envolvem calculadores angulares e cálculos adaptados. Usar o Altitrack funciona com os mesmos princípios, mas é muito mais conveniente.

Para calcular a velocidade média do foguete, você dividirá a altitude no apogeu pelo tempo que o foguete levou para atingir o apogeu.

Um exemplo:

Altitude: 900 pés

Tempo para alcançar o Apogee: 5 segundos

900/5 = 180

Se levar 5 segundos para o foguete atingir seu pico e viajar 900 pés, ele estará viajando 180 pés por segundo ou 122,7 mph.

Lembre-se de que essa não é a velocidade com a qual ele começa na decolagem ou termina depois de atingir seu pico, porque o foguete está constantemente acelerando até ficar sem combustível e, então, está constantemente desacelerando. É uma média da velocidade em que viajou.

Modelo de medição precisa RocketSpeed

Até agora, mostrei como fazer algumas estimativas básicas da velocidade do seu foguete modelo, mas como eu disse, elas são imprecisas. Se você está trabalhando em um projeto de ciências ou deseja entrar em competições de foguetes modelo, então você vai para querer precisão.

A única maneira de medir a velocidade real de um modelo de foguete é conectar um dispositivo chamado acelerômetro ao foguete antes de lançá-lo.

Produtos como o Jolly Logic AltimeterTwo (link para ler comentários e verificar preços na Amazon) medem a velocidade máxima do seu foguete e muito mais. O AltimeterTwo inclui 10 dados diferentes sobre cada voo, incluindo a velocidade máxima, a altitude mais alta, a duração do impulso do motor, o pico de aceleração, o tempo de ejeção e o tempo total de voo. Ele pode ser conectado na parte externa do foguete ou também é pequeno o suficiente para caber na maioria dos foguetes.

Se você está procurando cada vez mais dados, pode experimentar o Jolly Logic AltimeterThree (link para ler comentários e verificar preços na Amazon) que se conecta ao seu smartphone habilitado para Bluetooth. Os dados de lançamento são enviados para o seu telefone onde se cria um gráfico com todas as informações pertinentes.

Como alternativa, você pode criar um acelerômetro DIY, mas isso requer um conhecimento mais profundo da eletrônica.

Como o impulso afeta a velocidade

Empuxo é a força que move um foguete pelo ar. É gerado pela reação que ocorre no motor quando ele é aceso.

O empuxo é o que faz com que o foguete supere o peso e arraste e se mova do solo. Se um foguete não tiver impulso suficiente, ele não superará essas forças e não decolará.

A quantidade de força com que um modelo de foguete será lançado depende do impulso total e do empuxo médio, que delinearei para você a seguir.

Quanto mais impulso um motor fornece em um instante, mais rápido o modelo de foguete voará. Nas seções a seguir, discutirei como o código de classificação de um motor de foguete modelo descreve a quantidade de empuxo que ele pode produzir.

Impulso Total

O impulso total é a quantidade de energia disponível no motor de um modelo de foguete. Pensando em termos leigos, é a quantidade de combustível que o motor tem. Se o comparássemos a um carro, seria a quantidade de gasolina no tanque.

Para determinar o impulso total do motor de um modelrocket, você deve consultar o código impresso no motor. Será algo assim: B4-4. A primeira letra neste código, neste caso um B, refere-se à classe de impulso total do motor.

Aqui está um gráfico que mostra o impulso total para diferentes modelos de motores de foguete.

Rocket MotorTotal Impulse

Classe de motor de foguete Impulso total (emNewton-segundos) 1 / 4A0.6251 / 2A1.25A2.5B5C10D20E40F80G160

À medida que as letras sobem, o impulso total do motor do foguete modelo geralmente dobra.

O impulso total determinará quanto tempo o motor pode produzir o empuxo necessário para continuar a acelerar.

Pensando no exemplo do carro, a quantidade de combustível em nosso tanque de gasolina não determina o quão rápido podemos ir, mas quanto tempo podemos ir em uma determinada velocidade.

Impulso Médio

O número que segue a letra no código se refere ao empuxo médio do motor. No exemplo do motor B4-4, este é o número 4.

O empuxo médio é a taxa na qual o motor usará o combustível disponível para fazê-lo.

Todos os motores classificados com um B terão aproximadamente a mesma energia disponível para eles usarem para enviar o foguete através do ar, mas aqueles com um número maior queimarão esse combustível mais rapidamente e aqueles com um número menor farão isso mais lentamente.

Se compararmos isso com um carro, a pressão média seria a quantidade de pressão que você colocou no pedal do acelerador. O empuxo médio está diretamente relacionado a quanto combustível é usado e a velocidade com que o modelo de foguete irá.

Caso você esteja curioso, o último número é quantos segundos depois que o motor ficar sem combustível serão necessários para ativar o sistema de recuperação. Nesse ponto, todo o impulso seria interrompido e o foguete iniciaria uma descida segura.

Como o peso, o arrasto e a sustentação afetam a velocidade do foguete modelo

Peso, arrasto e sustentação são forças naturais que afetam a velocidade máxima que um modelo de foguete pode atingir. Para atingir sua velocidade máxima, um modelo de foguete deve superar os efeitos do peso e do arrasto e utilizar as forças de elevação em seu benefício.

Peso

Nem sempre pensamos nisso, mas nosso peso tem tudo a ver com a gravidade. É uma medida da força para baixo que a gravidade da Terra exerce sobre nós. O peso de um modelo de foguete dirá quanta força será puxado para baixo enquanto o motor se esforça para lançá-lo para cima.

Quanto mais pesado for um foguete, maior terá que ser o motor para neutralizar a força da gravidade.

Arrastar

O arrasto tem tudo a ver com a aerodinâmica do bocal. O arrasto é criado quando um corpo sólido, como um foguete, entra em contato com líquido ou gás, como o ar.

Quanto mais aerodinâmico for um foguete, menos resistência haverá, mais rápido ele pode ir e voar mais longe.

Elevar

A sustentação é outra força aerodinâmica, mas ao contrário do arrastão, a sustentação ajudará seu foguete a viajar mais rápido. Em aviões, a sustentação é a força que ajuda a aeronave a superar seu peso.

No caso de foguetes, a sustentação é usada para estabilizar o foguete e mantê-lo voando para cima. Se um foguete não voar diretamente para cima, pode encontrar mais resistência e diminuir a velocidade.

Como o tamanho do motor afeta a velocidade ModelRocket

O tamanho do motor não afeta a velocidade do foguete diretamente. A velocidade do foguete é mais fortemente influenciada pelo empuxo médio, ou a velocidade com que o motor queima seu combustível para criar empuxo.

Estes Rockets vêm em quatro tamanhos mini (13 mm), padrão (18 mm), 24 mm e 29 mm. À medida que o tamanho do motor aumenta, o mesmo acontece com o impulso total, porque há espaço para mais combustível no motor, mas um modelo também terá que ser maior e mais pesado para conter o motor de tamanho maior.

O combustível extra disponível em um motor maior pode ser usado para finalidades diferentes, e essas finalidades nem sempre são a velocidade. Aqui está o que um motor pode fazer com combustível extra.

Um motor pode usar esse combustível extra para levantar um foguete mais pesado. Um motor pode usar o combustível extra para aumentar a duração do empuxo ou o tempo que o motor fornece ao foguete. Um motor pode usar o combustível extra para aumentar a velocidade do foguete modelo, aumentando o empuxo médio. Quanto mais rápido ele queima o combustível, mais rápido ele voará

Portanto, um motor maior nem sempre significa um foguete modelo mais rápido.

Um foguete que quebra o SoundBarrier

Isso mesmo. Alguns modelos de foguetes feitos de papel e plástico podem quebrar a barreira do som e criar um estrondo sônico. Claro, esse estrondo sônico é difícil de ouvir, pois a rocha provavelmente já estará a 30 metros de altura e o estrondo é relativamente pequeno. Ainda é uma façanha surpreendente.

Para quebrar a barreira do som e criar um estrondo sônico, um foguete deve estar viajando a mais de 767 milhas por hora.

Bem, eu já disse que a maioria dos modelos de foguetes não vai mais rápido do que 250 milhas por hora, e isso certamente é verdade, mas para que um foguete seja capaz de quebrar a barreira do som, ele deve ser feito especialmente com esse propósito em mente . Os motores usados ​​para fazer isso também são restritos a pessoas com 18 anos de idade ou mais.

The Apogee Aspire

Mas como eles administram isso? Vejamos um kit de foguete modelo que afirma ser capaz de quebrar a barreira do som - o ApogeeAspire.

O Apogee Aspire (link para ler comentários e verificar preços na Amazon) pode voar mais de uma milha de altura usando um motor F e pode quebrar a barreira do som ao usar um motor G.

Ele realiza essa façanha por ser incrivelmente leve. O foguete tem 29 polegadas de comprimento e pesa apenas 1,85 onças. Todos os componentes do foguete são extremamente leves. O corpo é feito de tubos finos de papel, o nariz é de plástico fino e as barbatanas são feitas de madeira balsa super leve.

De acordo com as previsões de altitude geradas usando um simulador chamado RockSim, quando emparelhado com o Estes E12-8, o Apogee Aspire pode atingir uma altitude de 2.116 pés em algo em torno de 10 segundos (estimado a partir do tempo de queima mais o tempo de atraso). Isso é cerca de 212 pés por segundo ou 144 milhas por hora em média.

Com um motor mais forte como o Apogee F10-8, o Apogee Aspire atingiu uma altura de 5.479 pés em cerca de 16 segundos no simulador. Isso é uma média aproximada de 342 pés por segundo ou 233 mph.

Com um motor ainda mais forte como o Aerotech29mm G78G-10, o Apogee Aspire atingiu uma altura de 4.171 pés em cerca de 11 segundos. Isso é aproximadamente 379 pés por segundo ou 258 milhas por hora.

Uma coisa que isso nos mostra é que a velocidade não é tudo. O motor mais lento na verdade resultava em uma altitude maior, enquanto o motor mais rápido tinha um tempo de queima mais rápido e, portanto, não podia ir tão alto.

Agora, nenhum desses números mostra que o foguete quebrou a barreira do som, mas essas são a) apenas estimativas da velocidade com base nas informações que tenho eb) refletem apenas a velocidade média, não a velocidade máxima. No entanto, a Apogee relata que, com um motor G, o foguete vai de fato cruzar a marca de 767 milhas por hora para quebrar a barreira do som (embora momentaneamente).

Além disso, como o atraso geralmente ativa a recuperação após o foguete parar de ganhar altitude, essas velocidades são provavelmente um pouco mais lentas do que deveriam.

A velocidade do Apogee Aspire pode ser testemunhada neste vídeo:

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