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Autor Thema: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen  (Gelesen 1278 mal)

Offline 26122017

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Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« am: 26. Dezember 2017, 17:36:19 »
kann mir jemand das Massenverhältnis bei Raketentreibstoff erklären?

Wenn Wasserstoff im Mischungsverhältnis von 0,9 und einmal 5.3 verbrannt wird.

Wieviel ist von ein KG Treibstoff jetzt Wasserstoff und Sauerstoff?

Offline proton01

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #1 am: 26. Dezember 2017, 18:10:39 »
kann mir jemand das Massenverhältnis bei Raketentreibstoff erklären?

Wenn Wasserstoff im Mischungsverhältnis von 0,9 und einmal 5.3 verbrannt wird.

Wieviel ist von ein KG Treibstoff jetzt Wasserstoff und Sauerstoff?

Mischungsverhältnis Sauerstoff zu Wasserstoff =O/F =OF

Dann gilt:
mH2 = 1/(OF+1)
mO2 = OF /(OF+1)

O/F = 0,9 gilt etwa für Gas Generatoren (z.B. Vulcain)
O/F = 5,3 gilt etwa für Brennkammern (z.B. Vulcain)

Offline 26122017

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #2 am: 30. Dezember 2017, 23:48:45 »
Ahm, verstehe ich leider nicht. kann jemand mal ein Beispiel aufstellen?

Also der Generatoren von  Vulcain verbrennt 8.1 KG  H2/02 in ein Mischungsverhältnis von 0.9

Wieviel ist davon nun  H2 und o2?

Offline 26122017

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #3 am: 01. Januar 2018, 19:51:28 »
Hat den Keiner Rat?

Ich verstehe einfach nicht diese Massenverhältnis Angaben bei Raketentreibwerken nicht.

Nach dieser Seite  https://www.bernd-leitenberger.de/raktreib3.shtml

1 Mol Wasserstoff 2 g wiegen und ein Mol Sauerstoff 32 g erhält man so ein Massenverhältnis von 1 zu 8

Warum zu Hölle kommen da jetzt ein Massenverhältnis von 1 zu 8 zustande? Von der Masse her müssten es eigentlich 1 : 16 und von Volumen 1 : 2 sein und nicht 1 zu 8!

Offline tobi

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #4 am: 01. Januar 2018, 20:02:56 »
Es kommt auf das Mischungsverhältnis. Das stöchiometrische Mischungsverhältnis ist, wenn man 2 H2 mit 1 O2 verbrennt, dann hat man  genau 2 H2O. Ein H2  besteht aus 2 Wasserstoffatomen (Protonen) und hat daher Masse 2. Ein O hat Ordnungszahl 16 und besteht aus 8 Protonen +8 Neutronen, macht insgesamt eine Masse von 16x2. Ein Proton und ein Neutron sind fast gleich schwer. 32/4=8.

2 H2 + O2 -> 2H2O

Bei Raketentriebwerken wird aber das Mischungsverhältnis mit einem höheren Wasserstoffanteil gefahren, weil das die Ausströmgeschwindigkeit erhöht, damit sinkt also das O/F und man kommt zu O/F=5,3.

Die maximale Ausströmgeschwindigkeit wird bei noch kleinerem O/F-Verhältnis erreicht, ist aber wegen des gigantischen Wasserstofftanks dann nicht mehr praktikabel und führt zu einer sinkenden Leistung des Gesamtsystems aufgrund zu schwerer Tanks.
"La France et les Etats-Unis plus proches que jamais!" - "Frankreich und die USA sind sich näher als jemals zuvor." Zitat von CNES Chef Jean-Yves Le Gall am 24. April auf Twitter bei Besuch im weißen Haus bei Donald Trump - https://twitter.com/JY_LeGall/status/988845258002849792

Offline proton01

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #5 am: 01. Januar 2018, 20:03:48 »
Hat den Keiner Rat?

Ich verstehe einfach nicht diese Massenverhältnis Angaben bei Raketentreibwerken nicht.

Nach dieser Seite  https://www.bernd-leitenberger.de/raktreib3.shtml

1 Mol Wasserstoff 2 g wiegen und ein Mol Sauerstoff 32 g erhält man so ein Massenverhältnis von 1 zu 8

Warum zu Hölle kommen da jetzt ein Massenverhältnis von 1 zu 8 zustande? Von der Masse her müssten es eigentlich 1 : 16 und von Volumen 1 : 2 sein und nicht 1 zu 8!

Es entsteht Wasserdampf H2O, also ein Mol H2 plus ein halbes Mol O2. Ergibt ein Massenverhältnis O/F von (32/2) / 2 = 8

Offline proton01

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #6 am: 01. Januar 2018, 20:17:03 »
Es kommt auf das Mischungsverhältnis. Das stöchiometrische Mischungsverhältnis ist, wenn man 2 H2 mit 1 O2 verbrennt, dann hat man  genau 2 H2O. Ein H2  besteht aus 2 Wasserstoffatomen (Protonen) und hat daher Masse 2. Ein O hat Ordnungszahl 16 und besteht aus 8 Protonen +8 Neutronen, macht insgesamt eine Masse von 16x2. Ein Proton und ein Neutron sind fast gleich schwer. 32/4=8.

2 H2 + O2 -> 2H2O

Bei Raketentriebwerken wird aber das Mischungsverhältnis mit einem höheren Wasserstoffanteil gefahren, weil das die Ausströmgeschwindigkeit erhöht, damit sinkt also das O/F und man kommt zu O/F=5,3.

Die maximale Ausströmgeschwindigkeit wird bei noch kleinerem O/F-Verhältnis erreicht, ist aber wegen des gigantischen Wasserstofftanks dann nicht mehr praktikabel und führt zu einer sinkenden Leistung des Gesamtsystems aufgrund zu schwerer Tanks.

Die maximale spezifische Leistung, ausgedrückt in spez. Impuls (Schub pro verbrauchter Treibstoffmasse) hängt im wesentlichen von der Verbrennungstemperatur und vom Molgewicht der Mischung der entstehenden Verbrennungsprodukte ab. Für Mischungsverhältnis kleiner 8 sind dies im wesentlichen H2O, Molgewicht 18, und H2, Molgewicht 2. Die Zusammensetzung ändert sich auch noch durch die Entspannung in Brennkammer und Düse, da die chemische Reaktion eine endliche Geschwindigkeit hat. (Kinetik) Daher ergibt sich der höchste Isp je nach Entspannungsverhältnis bei unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.

Dazu kommt, wie tobi schreibt, eine Gesamtoptimierung auf Stufenebene, bei der die Treibstofftank-Masse eingeht. Dazu gehört dann auch z.B. die nötige Tankbedrückung.

Offline Schillrich

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Re: Frage zum Massenverhältnis bei Raketen
« Antwort #7 am: 02. Januar 2018, 07:20:34 »
Thread umbenannt zu einer ordentlichen Frage.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

Und die Antwort auf die unbekannte Frage hieß auch gar nicht 42, sondern SpaceX. (Pirx/Thomas)

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