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Autor Thema: Physik des Antriebs  (Gelesen 3699 mal)

Offline runner02

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Physik des Antriebs
« am: 08. Januar 2012, 13:43:56 »
Hallo,

Ich beschäftige mich momentan wieder mit Triebwerken - gehe also ad fontes, zu etwas Grundlegendem der Raumfahrt...


Vereinfachen wir das Triebwerk mal auf seine Essenz:
Heißer Waserdampf mit 2000°C stömt hinten aus.

Die Teilchengeschwindigkeit von Wasser bei der Temperatur beträgt (gerechnet) 2500 m/s.
Theoretisch sollten dann hinten aber 4000 m/s (bzw. etwas mehr wegen unverbrannten Wasserstoffs)  rauskommen.   ???


Das passiert dann aufgrund des Druckes (Entspannungsverhältnis der Düse) ??

D.h. : Lasse ich 200 kg Wasserstoff mit 0,1 bar raus und die selbe Menge mit 50 bar, dann erhalte ich mit 50 bar mehr Endgeschwindigkeit des Raumschiffes??
« Letzte Änderung: 10. Februar 2012, 09:55:31 von Schillrich »
(über Musk) “He wants to make people a multi-planet species, and he’s not going to quit. He’ll change the model, or he’ll spend more of his own money—he’ll do something. He’s not in it to build the rockets; that’s a means to an end. It’s a religion for him.”

Offline Kryo

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #1 am: 08. Januar 2012, 14:04:25 »
ja, je höher der brennkammerdruck, desto höher die austrittsgeschwindigkeit, wenn das deine Frage ist... leider etwas unverständlich formuliert von dir :P

In die Formel geht natürlich auch das Expansionsverhältnis der Düse ein. Sollte die Düse ideal sein, und der Austrittsdruck ist 0 bar (wenn das Triebwerk im Vakuum operiert), dann hat man den maximalen Schub.
« Letzte Änderung: 10. Februar 2012, 09:56:12 von Schillrich »

Offline runner02

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #2 am: 08. Januar 2012, 15:06:23 »
Ok , danke  ;)
« Letzte Änderung: 10. Februar 2012, 09:56:18 von Schillrich »
(über Musk) “He wants to make people a multi-planet species, and he’s not going to quit. He’ll change the model, or he’ll spend more of his own money—he’ll do something. He’s not in it to build the rockets; that’s a means to an end. It’s a religion for him.”

Offline runner02

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #3 am: 09. Februar 2012, 17:53:15 »
ja, je höher der brennkammerdruck, desto höher die austrittsgeschwindigkeit, wenn das deine Frage ist... leider etwas unverständlich formuliert von dir :P

In die Formel geht natürlich auch das Expansionsverhältnis der Düse ein. Sollte die Düse ideal sein, und der Austrittsdruck ist 0 bar (wenn das Triebwerk im Vakuum operiert), dann hat man den maximalen Schub.

NERVA hatte ca. >30 bar Brennkammerdruck.... Wären 100 bar nicht effizienter gewesen? Oder geht es dann nur mehr darum, wenn die Düse optimal ist, dann hat man den selben Wirkungsgrad, nur mit gerem Massedurchsatz??

« Letzte Änderung: 10. Februar 2012, 09:56:03 von Schillrich »
(über Musk) “He wants to make people a multi-planet species, and he’s not going to quit. He’ll change the model, or he’ll spend more of his own money—he’ll do something. He’s not in it to build the rockets; that’s a means to an end. It’s a religion for him.”

Offline Kryo

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #4 am: 10. Februar 2012, 09:37:45 »
du hast recht, der Druck erhöht den Massestrom. Eine Lavaldüse, die nach dem kritischen Querschnitt im Überschall ist, hat ein paar Eigenschaften, die vollständig vom Unterschall abweichen. So lässt sich dann ab dem Punkt, in dem sie im Überschall ist, die Austrittsgeschwindigkeit nicht mehr erhöhen. Was sich dann erhöht, ist lediglich der Druckterm des Schubs. Dieser bringt aber vernachlässigbare Steigerungen.

Viel wichtiger ist: Brennkammerdruck 30bar bedeutet, überall vor der Brennkammer muss über 30bar sein, sonst strömt der Treibstoff nicht mehr in die Brennkammer. Daher haben die meisten Triebwerke Pumpen (die wiederum von Turbinen angetrieben werden) ;). Doch Pumpen für ca 30-40bar Förderdruck sind kleiner und leichter als Pumpen für 100 bar. Auch die restlichen Auslegungsprobleme wachsen mit steigendem Druck.

Man muss also einen Kompromiss zwischen Gewicht, Komplexität und Schub finden.

Ich hoffe, ich hab dein Frage damit beantwortet, und wie immer: Alle Angaben ohne Gewähr.
« Letzte Änderung: 10. Februar 2012, 11:34:30 von Kryo »

Offline Schillrich

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #5 am: 10. Februar 2012, 09:43:55 »
Genau genommen fördern Pumpen den Treibstoff. Und auf der anderen Seite der Pumpe sitzt dann eine Turbine, um die Pumpe anzutreiben.

PS
Ich habe mal den Fehler im Titel korrigiert.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

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Offline Kryo

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #6 am: 10. Februar 2012, 11:32:40 »
natürlich Pumpen, die von Turbinen angetrieben werden^^ war noch früh heut morgen :P

Offline runner02

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #7 am: 10. Februar 2012, 16:31:31 »
Ok. Danke!!

D.h. Schub bleibt kleiner. Austrittsgeschwindigkeit (=Effizienz) bleibt relativ gleich.
(über Musk) “He wants to make people a multi-planet species, and he’s not going to quit. He’ll change the model, or he’ll spend more of his own money—he’ll do something. He’s not in it to build the rockets; that’s a means to an end. It’s a religion for him.”

15062018

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #8 am: 01. Juli 2018, 10:32:33 »
Wo ist eigentlich in der Lavaldüse die höchste Strömungsgeschwindigkeit?

eigentlich doch am Düsenmündung der divergente Düse ?

Offline Hugo

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #9 am: 01. Juli 2018, 10:40:35 »
Die höchste Strömungsgeschwindigkeit und der höchste Druck ist an der engsten stelle. Ab hier wird die Düse größer, so daß am Ende der Düse der Druck abgebaut ist.

Offline stillesWasser

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #10 am: 01. Juli 2018, 10:46:52 »
Schau dir mal das Diagramm ganz oben auf der Seite an (Ich kanns hier irgendwie nicht einbinden)
https://de.wikipedia.org/wiki/Lavaldüse

Geschwindigkeit ist wie du schon vermutet hast am Düsenausgang am höchsten
"Dragon 2 is designed to be able to land anywhere in the solar system. Red Dragon Mars mission is the first test flight."- https://twitter.com/elonmusk/status/725364699303301120

Offline Schillrich

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #11 am: 01. Juli 2018, 11:53:23 »
Solange der Druck in der Düse höher als der Außendruck (oder im "strömungsabwärts-liegenden" Teil des Stroms) ist, beschleunigt der Luftstrom. Das ist ja die Idee des divergenten Teils, dass man weiter expandieren und die Energie in der Strömung nutzen kann, während im konvergenten Teil noch keine vollständige Entspannung möglich war. Wenn im divergenten Teil keine weitere Entspannung mir Beschleunigung stattfände, könnte man sich diesen Teil der Düse ja auch sparen.

@Hugo
Meintest du den Betrieb als "Venturi-Rohr" mit relativ niedrigen Eingangsdruck? Dann stimmt deine Aussage, dann ist es aber auch keine Lavaldüse. Die ist durch Beschleunigung bis auf Mach 1 an der engsten Stelle gekennzeichnet, erwirkt durch sehr hohen Eingangsdruck.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

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15062018

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #12 am: 10. Juli 2018, 08:44:22 »
Nach der Grafik bei WIKI sieht es so aus, als würde der Druck an der Engsten stelle, noch die Hälfte des Brennkammerdruckes haben. Ist das richtig? Und ist das bei Lavaldüsen in Raumfahrtbereich auch so?

Offline proton01

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Re: Physik des Antriebs
« Antwort #13 am: 10. Juli 2018, 15:01:59 »
Nach der Grafik bei WIKI sieht es so aus, als würde der Druck an der Engsten stelle, noch die Hälfte des Brennkammerdruckes haben. Ist das richtig? Und ist das bei Lavaldüsen in Raumfahrtbereich auch so?

Grob gesagt:  ja

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