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Autor Thema: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)  (Gelesen 267173 mal)

Offline Kelvin

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1675 am: 06. Oktober 2020, 03:19:09 »
Damit ergibt sich die Materialspannung welche Starship entlang der Längsachse auseinanderzuziehen versucht
Als Innendruck * Flächenverhältnis Fläche auf dem der Druck lastet / Matierialquerschnittsfläche, wobei das Verhältnis gleich dem Längenverhältnis durchmesser / 2*Wandstärke (sind ja 2 Wände) oder Radius/Wandstärke ist.

Also 9 bar = 9 * 100 kPa = 900.000 Pa = 900.000 N/m²

900.000 N/m² * 4,5 m / 0,004 m = 1.012.500.000 N/m² = 1.012,5 N / mm²  :o.


Ich habe jetzt doch mal die Reste meiner mehr als 50 Jahre alten Schulkenntnisse ausgegraben und schreibe den ganz anderen Ansatz mal ausführlich in der altertümlichen Form hin. Vielleicht findet das jemand interessant, mir kommt es natürlich viel transparenter vor und es war sogar Rechenschiebergeeignet ;)  Für Kritik in jeglicher Form bin ich natürlich jederzeit offen,

Man kann für die Zugbelastung in der Horizontalebene z.B. ein 90° Segment betrachten, mit der Höhe von 1 cm, um die Rechnerei zu vereinfachen.

1) Die belastete Fläche des Segments ist  450cm * 1cm = 450 cm²

2) Auf diese Fläche wirkt durch den Innendruck eine Kraft von 3.600 kp oder 3,6 tonnen. (450 cm² * 8 kp/cm² Differenzdruck)

3) Der Querschnitt welcher diese Kraft zu halten hat ist  0,4cm breit und 1cm hoch - also 0,4 cm²

4) Daraus folgt eine Zugspannung von  9.000 kp/cm² oder auch 90 kp/mm² oder neuzeitlich ca. 900 N/mm²  (3600 kp / 0,4 cm²)

Das wäre also der Wert, der werkstoff- bzw. festigkeitsmäßig zu stemmen  wäre. Im Ergebnis praktisch gleich wie der von wulf21, nur mit weniger Nullen zwischendrinn und anderer Differenzdruck-Annahme.

Weiter:

http://kallas-edelstahl.de/downloads/Kallas_Edelstahl-Werkstoffe-Vergleich_4307_4301.pdf

Für den Werkstoff AISI 304L bzw 1.4307 habe ich im verlinkten Datenblatt eine Streckgrenze von mindestens (laut Norm wohl) 190 N/mm² gefunden, aber auch der Wert 360 N/mm² als "typischerweise".

Daraus schließe ich mal, daß man vom geeigneten Hersteller auch noch eine etwas höhere Werte zugesichert bekommt. Als Ausgangswert, nicht kaltverfestigt natürlich. Wobei die Zugfestigkeit im gleichen Datenblatt ca. doppelt so hoch als die Streckgrenze.

In dem Zusammenhang vermute ich mal, daß man bei solchen exotischen Einsatzfällen und diesem Material (im Gegensatz zum stinknormalem Stahlbau) vielleicht üblicherweise die Streckgrenze überschreitet und "bis in die plastische Verformung hinein" geht. Das hätte immerhin den Vorteil, daß sich dabei die verschiedenen Materialdopplungen (="Pflastertechnik") damit belastungsmäßig "egalisieren". (Das "kürzere Material" gibt bei erster Druckbelastung bleibend nach, bis irgendwann beide Schichten die Belastung "gerecht" teilen.)

https://www.dew-stahl.com/fileadmin/files/dew-stahl.com/documents/Publikationen/Werkstoffdatenblaetter/RSH/1.4307_de.pdf

Und in diesem Datenblatt gibt es auf Seite 5 ein interessantes "Verfestigungsdiagramm". Darin kann man sehr schön sehen, wie mit der steigenden Kaltverformungsrate (x-scala) die Streckgrenze und die Endfestigkeit doch sehr rasant steigen. (linke y-Achse)

Ich denke also, daß man damit die notwendigen 900 N/mm² bei kaltverfestigtem Material hinbekommt. Und daß noch etwas Sicherheit übrig bleibt, auf die Endfestigkeit bezogen. Im Cryobereich steigt die Festigkeit noch etwas, wenn ich mich an das Video richtig erinnere. Und wo die Kaltverfestigung durch das Schweißen "beschädigt" wird, müssen eben Verstärkungen verwendet werden, die möglichst wenig weitere Schäden verursachen.

Offline wulf 21

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1676 am: 06. Oktober 2020, 09:44:48 »
Naja, die Einheit kp ist für mich ungewohnt, und es fühlt sich für mich transparenter an, wenn ich alles soweit erforderlich auf die grundlegenden SI-Einheiten zurückführe (in diesem Fall eben Newton und Meter, weiteres Zerlegen von Newton in kg*m/s² wäre unnötig) und dann am Ende daraus die Einheit zusammenbaue, in der ich das Ergebnis haben möchte. Aber jeder wie ers gelernt hat, schätze ich mal.  ;). Rechenschiebereignung bekäme man auch hin, wenn ich statt der vielen Nullen Zehnerpotenzen benutzt hätte, aber da war ich einfach zu faul zu (und hab einfach alle Nullen in Taschenrechner eigegeben).

Ich bin natürlich stillschweigend von der Annahme ausgegangen, dass die bar-Angeaben sich auf den Differenzdruck beziehen, und nicht auf den absoluten. Aber da das nicht im Tweet dazustand, wissen wir es nicht. Wahrscheinlich einfach, weil abgesehen von Wetterbericht alle Druckangaben, denen ich so im Alltag begegne, immer der Differenzdruck sind. (das Manometer an der Tankstelle zeigt auch 0bar an, wenn es nicht an einem Reifen angeschlossen ist, nicht 1bar).

Edit: Hab die Frage mal den Kommentatoren im Labpadre stream gestellt. Sie wissen es auch nicht sicher, aber sind bisher auch intuitiv davon ausgegangen, dass die Angabe der Differenzdruck sein müsste. (Da es ja nur dieser etwas über die Belastung der Struktur aussagt).
« Letzte Änderung: 06. Oktober 2020, 11:37:57 von wulf 21 »

Offline Kelvin

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1677 am: 06. Oktober 2020, 13:10:04 »
Naja, die Einheit kp... etwas über die Belastung der Struktur aussagt).

Ja, alles klar wulf 21!

Nur zu dem kleinen Detail mit dem Druck noch zwei Sätze oder so.. Die Manometer von den Tankstellen fliegen natürlich nicht in die Umlaufbahn. Und die User würden das Personal der Tankstellen sicher belästigen, wenn dort der Zeiger im Ruhezustand eines Tages auf 1 bar steht.

Ich stelle es mir aber als problematisch vor, wenn man bei SpaceX praktisch während des Starts wertemäßig aus dem einen Bezugssystem zum anderen wechseln müßte. Und bei allen internen Gesprächen immer betonen müßte, was man gerade meint. Da ist es vielleicht einfacher, die jeweiligen Außendrücke "einmalig" bei den Festigkeitsberechnungen zu berücksichtigen. Das wird doch viel weniger kommuniziert. 

Mir ist aber wirklich nicht bekannt, ob "unsere" Notlösung aus den Zeiten der Einführung der ISO Einheiten ("bar überdruck") noch allgemein verwendet wird.  Das wäre doch wirklich kein Ruhmesblatt für ISO.

Und Elon nennt wohl auch lieber etwas höhere Werte, wenn gerade wieder so ein Kessel geplatzt ist ;) Ist aber natürlich unklar...

Online RonB

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1678 am: 09. Oktober 2020, 08:21:27 »
Die ersten Teile für die SH sind fertiggestellt. In den nächsten Wochen soll auch die Hochbucht komplettiert werden. Sie ist zwar nicht für die Montage notwendig, aber bestimmt für die Sicherung der SH bei Wetterereignissen. Die Montage der SH wird außerhalb der Hochbucht erfolgen. Für die SH sind 38 Ringe mit einer Höhe von etwa 1,80 m notwendig damit die Gesamthöhe von ca. 70 m erreicht wird. Damit hat die SH in etwa die Höhe einer F9 und ist doppelt so hoch wie das Starship ohne Spitze.

https://www.teslarati.com/spacex-starship-super-heavy-booster-progress/
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Offline James

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1679 am: 18. Oktober 2020, 09:07:25 »
Guten Morgen

So wie es aussieht ist es bei Starship günstiger die beweglichen Triebwerke zentrumsnah zu postionieren.
Mein erster Gedanke dazu wäre gewesen die beweglichen Triebwerke möglichst weit weg von der Mitelachse zu positioieren.
Weiter aussen ist der Kraftarm zur Lageregelung ja länger.
Warum ist es also günstiger die beweglichen Triebwerke innen zu haben?

Grüße, James

Offline Pirx

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1680 am: 18. Oktober 2020, 09:32:28 »
...
Warum ist es also günstiger die beweglichen Triebwerke innen zu haben?

Grüße, James
Vllt. Gasdynamik am - im - ums Heck? Vllt. Temperaturmanagement? Vllt. Triebwerks-Baulänge und Platz im Heck (kurze Düsen da, wo Abstand zum Tankboden geringer  > innen, längere Düsen von den Vakuumtriebwerken weiter aussen wg. Tankbodenwölbung?

Gruß    Pirx
Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung derer, die die Welt nie angeschaut haben. (Alexander von Humboldt)

Offline MarsMCT

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1681 am: 18. Oktober 2020, 10:46:09 »
Guten Morgen

So wie es aussieht ist es bei Starship günstiger die beweglichen Triebwerke zentrumsnah zu postionieren.
Mein erster Gedanke dazu wäre gewesen die beweglichen Triebwerke möglichst weit weg von der Mitelachse zu positioieren.
Weiter aussen ist der Kraftarm zur Lageregelung ja länger.
Warum ist es also günstiger die beweglichen Triebwerke innen zu haben?

Grüße, James

Die steuerbaren Triebwerke werden bei der Landung gebraucht. Weiter außen wird es schwer bis unmöglich den Ausfall eines Triebwerkes bei der Landung zu kompensieren.

Offline Kelvin

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1682 am: 18. Oktober 2020, 15:29:03 »
Guten Morgen

So wie es aussieht ist es bei Starship günstiger die beweglichen Triebwerke zentrumsnah zu postionieren.
Mein erster Gedanke dazu wäre gewesen die beweglichen Triebwerke möglichst weit weg von der Mitelachse zu positioieren.
Weiter aussen ist der Kraftarm zur Lageregelung ja länger.
Warum ist es also günstiger die beweglichen Triebwerke innen zu haben?

Grüße, James

Ich sehe noch einen weiteren Grund - die kleinen SL-Triebwerke kompensieren dadurch wo sie angreifen die Belastung des Bodens des LOX Behälters, speziell die zusätzlichen Kräfte während der Beschleunigung. Der Bodem muß sonst "nur" die statische Belastung vor dem Start tragen. [edit:] tragen bzw. auf die Schürze übertragen.

Damit wird m.M.n. bei der Auslegung gerechnet und aus diesem Grund wird auch bei Druckproben der "Triebwerkssimulator" gebraucht. (Der Prüfdruck muß ja auch die dynamische Belastung beim Start irgendwie berücksichtigen.)

Die Vakuumtriebwerke werden vermutlich die Kräfte mindestens teilweise direkt in den Mantel einleiten. Damit müssen sie auch möglichst weit außen montiert sein, kleine Hebelarme ergeben kleine Kräfte und kleine Massen. Was aber gleichzeitig (bei den großen Düsen) deren möglichen Schwenkbereich stark einschränkt.

Offline m.hecht

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1683 am: 18. Oktober 2020, 20:31:00 »
Was aber gleichzeitig (bei den großen Düsen) deren möglichen Schwenkbereich stark einschränkt.

Die Vacuum-Raptoren werden nicht schwenkbar sein.

Offline Kelvin

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1684 am: 18. Oktober 2020, 23:01:59 »
Was aber gleichzeitig (bei den großen Düsen) deren möglichen Schwenkbereich stark einschränkt.

Die Vacuum-Raptoren werden nicht schwenkbar sein.

Klar, "einschränken würde" wäre besser. James fragte ja, warum es besser ist die schwenkbaren Triebwerke innen zu haben.

Offline MH-Space

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Re: Starship/Super Heavy (ehemals BFR/ITS/MCT)
« Antwort #1685 am: Gestern um 00:14:43 »
Hab heute was zum aktuellen Bauzustand der Prototypen gesehen.
https://twitter.com/brendan2908/status/1317398661693755392

Und hier noch eine offenbar eigene Arbeit zu den beweglichen Teilen des Starships:
https://twitter.com/kimitalvitie/status/1317490269101633538
(Sehr gut gemacht - v.a. die Triebwerke!)
Inwieweit das dem realen Zustand entspricht, weiß ich nicht.

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