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Autor Thema: Infos zu Kaltgasantrieben  (Gelesen 3105 mal)

Letscho84

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Infos zu Kaltgasantrieben
« am: 29. März 2012, 09:38:56 »
Hallo zusammen,

kann mir jemand helfen dabei Gleichungen oder Bücher/Artikel über Kaltgasantriebe zusammenzutragen? Ich bräuchte ein paar Berechnungsgrundlagen für Kaltgastriebwerke, im Sinne von Schub, Druck/Dichte/Temperatur in "Brennkammer" und am Düsenende.

Vielleicht weiß ja jemand etwas. Ich würde mich freuen, wenn ihr mir da etwas unter die Arme greifen könntet. Danke schon jetzt.

Grüße, Letscho

Offline Kryo

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #1 am: 29. März 2012, 10:15:27 »
kannst du etwas spezifischer werden? Im Prinzip könnte man hier einfach Gleichungen für ein Ideales Gas benutzen.
Ideale Gasgleichung und adiabate Zustandsänderungen in der Düse.

Offline tobi

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #2 am: 29. März 2012, 10:23:18 »
Eine kurze Googlesuche und ich hab die Formelsammlung für Raumfahrt an der TU Dresden gefunden:
http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/ilr/rsn/lehre/Vorlesung_Uebung_Praktika_im_WS/folder.2009-03-31.7451903546/RFS-I-Formelsammlung-2009.pdf

Im Abschnitt 4 thermische Raketen wirst du fündig. ;)
Jean-Yves Le Gall: "CNES: The Future of Space!", "Le CNES, The Place to Be!!!"

Offline Nitro

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #3 am: 29. März 2012, 10:30:22 »
Da kann ich das Lehrbuch Raumfahrtantriebe von Prof. Lesch empfehlen.

Ist neben anderen seiner Buecher auf dieser Seite zu finden:

http://www.automotive-ac.de/german/lehre/lehrunterlagen.html
Bevor man einen Beitrag letztendlich abschickt sollte man ihn sich noch ein letztes Mal durchlesen und sich dabei überlegen ob man ihn genau in diesem Wortlaut auch Abends seinem Partner und/oder Kindern ohne Bedenken vorlesen würde.

Offline tobi

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #4 am: 29. März 2012, 10:58:26 »
Wenn du was rechnen willst, kannst du dir die NASA CEA Software kostenlos vom NASA Server ziehen:
http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/
Jean-Yves Le Gall: "CNES: The Future of Space!", "Le CNES, The Place to Be!!!"

Offline SteRo

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #5 am: 29. März 2012, 19:31:31 »
Eine der besten Softwares zum Thema Antriebe ist ISSP von Swedish Space Com (wobei im Grunde Peter Erichsen dahintersteckt). Ist frei im Netz erhältlich und enthält alle derzeit eingesetze Antriebe, mit vielen Spielfaktoren (Tankdruck, Treibstoff, .....). Und das wichtigste: es beurteilt Systeme nach dem SYSTEMSPEZIFISCHEN Impuls und nicht nur nach Effizienz/Ausströmgeschwindigkeit. An der Stelle liegt nämlich in den meisten Fällen der Fehler, z.B. Nichtbetrachtung der Powerversorgung bei Elektrik Propulsion.

15062018

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #6 am: 16. Juni 2019, 10:20:57 »
Das Thema passt gerade zu meiner Frage:

Der Impuls von „Raketentreibstoff“ ergibt sich ja aus Masse X Geschwindigkeit…

Aber wie sieht das bei Kaltgasantrieb aus?  Ich habe in der Literatur Werte von: In Newton pro Kg/s 2850 (Wasserstoff) 1726 (Helium) und 700 (Stickstoff) gefunden.

Die Gase verfügen bis auf dem Wasserstoff über keine Chemie Energie. Die Energie kommt ja von Statischen Druck. Ich würde mal sagen, je höher diese ist, dass so höher auch der Impuls?

Bei viel Bar, sind dann diese oben genannte Impulse zu erreichen?

Offline Hugo

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #7 am: 16. Juni 2019, 12:05:32 »
Die Energie kommt ja von Statischen Druck. Ich würde mal sagen, je höher diese ist, dass so höher auch der Impuls?
Es hat nicht nur mit dem Druck zu tun, sondern eher mit der Form der Austrittsdüse. Denn in der Austrittsdüse wird das austretende Gas vom Druck im Tank beschleunigt.  Je besser die Austrittsdüse ist, desto höher die Beschleunigung und somit ist am Ende auch der Impuls größer.

Je höher der Druck, desto mehr Gase bekommst Du in den gleichen Tank hinein. Auch wenn der Tank dann stabiler werden muss, das Masseverhältnis Tank zu Inhalt wird besser.

Offline Teetasse

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #8 am: 31. August 2019, 15:13:08 »
Hallo Zusammen,

Eine Frage zu Schubberechnung von Kaltgasantriebe.

Im Buch"Handbuch der Raumfahrttechnik" in Kapitel: 4.4.5.1 Kaltgastriebwerke ist zu entnehmen, das ein Antrieb für ein Schub von 20 mN ein Querschnitt von 0,3 mm haben muss, wenn der Betriebsdruck bei 1,5 Bar liegt.

Kann mir jemand erklären oder eine Formel nennen wie man mit diesen Angaben: 0,3 mm und 1,5 Bar auf ein Schub von 20 mN kommt?

Ich gehe davon aus, das mit "Querschnitt" nicht die Querschnittsfläche, sondern der Durchmesser gemeint ist. Damit kommt ich auf eine Querschnittsfläche von 0,07 mm2. Bei 1,5 Bar oder 0,15 MPa kommt ich nur auf 10,5 mN aber nicht auf 20 mN?   was mach ich Falsch?

Querschnittsfläche (von 0,07 mm) * Druckdifferenz (0,15 MPa) = 0,0105 Newton 


« Letzte Änderung: 31. August 2019, 18:09:34 von Teetasse »

Offline Teetasse

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #9 am: 01. September 2019, 17:10:31 »
hat keiner ein Rat für mich?

Offline R2-D2

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #10 am: 01. September 2019, 19:01:55 »
Meine Vermutung:

Die Fläche sind 0.3mm² (nicht der Durchmesser)
--> Der max. mögliche Schub ist dann F = 0.15 MPa * 0.3mm² = 45mN

In der Realität treten noch Verluste auf, sodass aus den 45mN in etwa reale 20mN werden könnten.
Der Text im Buch sagt, dass die Fläche kleiner als 0.3mm² sein muss. Das soll ein Hinweis sein, wie klein und präzise die Düse sein muss, damit so ein kleiner Schub erzeugt werden kann.
Das Beispiel soll man also gar nicht 1:1 rechnen können...

Genauere Formeln zu den Verlusten gibt es z.B. hier:
http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?2004ESASP.555E..86H&defaultprint=YES&filetype=.pdf

Offline Teetasse

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #11 am: 01. September 2019, 21:58:57 »
Dank für den Rat.

Es ist jedoch zwei von von 0,3 mm und nicht mm2 angegeben. Auch ist die Rade von 0,3 mm "Hub" ist klingt für mich eher nach ein Durchmesser als für eine Fläche.

In den Modellbau bereich hat tobi den Schub bzw. die Düse so berechnet:

Schub = Cf * At * pc

Cf~1,5 - 2,x
At Halsfläche
pc BK-Druck in MPa

Der cf soll der Schubkoeffizient sein, dieser liegt zwischen 1,5 und 2,x.  Wenn ich mit einem cf von 2 multipliziere, also so:

Querschnittsfläche (von 0,07 mm) * Druckdifferenz (0,15 MPa) * cF~2 = 0,021 Newton.  Dann passt es... Aber kann man das bei "Kalt"gastriebwerke so Rechnen?

Was sagt der Schubkoeffizient eigentlich aus?




Offline proton01

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #12 am: 01. September 2019, 23:22:36 »
Hallo Zusammen,

Eine Frage zu Schubberechnung von Kaltgasantriebe.

Im Buch"Handbuch der Raumfahrttechnik" in Kapitel: 4.4.5.1 Kaltgastriebwerke ist zu entnehmen, das ein Antrieb für ein Schub von 20 mN ein Querschnitt von 0,3 mm haben muss, wenn der Betriebsdruck bei 1,5 Bar liegt.

Kann mir jemand erklären oder eine Formel nennen wie man mit diesen Angaben: 0,3 mm und 1,5 Bar auf ein Schub von 20 mN kommt?

Ich gehe davon aus, das mit "Querschnitt" nicht die Querschnittsfläche, sondern der Durchmesser gemeint ist. Damit kommt ich auf eine Querschnittsfläche von 0,07 mm2. Bei 1,5 Bar oder 0,15 MPa kommt ich nur auf 10,5 mN aber nicht auf 20 mN?   was mach ich Falsch?

Querschnittsfläche (von 0,07 mm) * Druckdifferenz (0,15 MPa) = 0,0105 Newton

Genauere Formeln zu den Verlusten gibt es z.B. hier:
http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?2004ESASP.555E..86H&defaultprint=YES&filetype=.pdf

Damit kannst Du doch alles ausrechnen. Der nötige Massenstrom folgt aus m_dot = F/Isp, Werte für den spez. Impuls stehen in der Tabelle im Handbuch. Nimm Gl. 6 aus der zweiten Referenz, setze die Treibstoffdaten aus der Tabelle im Handbuch ein, und du kannst die nötige Halsfläche für den benötigten Massenstrom ausrechnen. Tc= 293 K, pc=1,5 bar, cD= ca. 0.9.
Alles klar ?

Offline Hugo

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Re: Infos zu Kaltgasantrieben
« Antwort #13 am: 01. September 2019, 23:39:08 »
Wenn der Hub 0,3 Millimeter ist, dann bedeutet das, daß sich der Kolben um 0,3 Millimeter bewegt. Aber das bedeutet nicht, daß ein Loch von 0,3 Millimeter Durchmesser sich öffnet. Denn Kolben ist ein Konus, es öffnet sich ein Ringspalt.

Je spitzer der Kolben ist, desto kleiner ist der Ringspalt, welcher sich öffnet.

Folgend ein Screenshot (Schnittbild, ohne Schraffierung):


Oben liegt der Kolben am Sitz an der Dichtkante an.
Unten ist der Kolben geöffnet.

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