@Neil: Entweder schwarze Kasse, wenn sich's um kleine Beträge handelt. Auf Rechnung wenn's mal mehr werden sollte.

Zum Thema: Welche Druckdifferenz erwartest Du zwischen Tank und Einspritzdüse?

Gruß Marco

Geändert von Zaphod am 16. April 2007 um 08:21

Ui das ist eine gute Frage. Sagen wir mal 10 Bar.

Du hast, egal wie lang die Leitung ist, immer einen Druckabfall. Der macht sich je nach Leitungslänge mehr oder weniger stark bemerkbar.

Dies ist ne mögliche vorgehensweise um nen Lösungsansatz zu finden:

1. Welche Treibstoffmasse soll pro Sekunde bei seiner Umgebungstemperatur in das Triebwerk eingespritzt werden und welchen Zustand (flüssig/gasförmig) hat Dein Treibstoff?
2. Welche Dichte besitzt Dein Treibstoff? Daraus folgt Dein Volumenstrom.
3. Welches Volumen besitzt Deine Treibstoffförderstrecke und wie lang ist sie? Daraus folgt die mittlere theoretische Strömungsgeschwindigkeit.
4. Welche Einspritzgeschwindigkeit soll der Treibstoff erreichen?
etc...

Gruß Marco

Geändert von Zaphod am 16. April 2007 um 08:39

Hi,

ich habe das etwas anders angegangen. Es gibt eine Formel die einem die Auströmgeschwindigkeit aus einem Loch bei gegebener Flüssigkeit und Füllhöhe liefert. Die Füllhöhe mit der Dichte verrechnet ist unsere Druckdifferenz zwischen Tank und Brennkammer. Von der Flüssigkeit müssen wir nur die Dichte wissen.
Die Gleichung bezieht sich auf ein uns unbekanntes Loch. Daher fallen solche Dinge wie Rohrlänge und Viskosität der Flüssigkeit nicht ins Gewicht. Es liefert uns nur einen Richtwert den wir erwarten können. Das was wir bekommen werden wird auf alle Fälle weniger sein. Daher habe ich der Formel noch einen Wirkungsgrad verpaßt wo alle anderen Werte wie Viskosität und Rohrlänge eingehen.
Was bedeutet das für die Praxis?
Die Formel liefert uns einen minimalen Querschnitt den wir nehmen sollten. Lieber die Rohrleitungen größer auslegen und später mit einem Drosselventil den Strom bestimmen. Das sollte man sowieso einbauen, da man ja ein optimales Gemisch einstellen muss.
Die Formel zeigt uns, das wir mit weit weniger Druckdifferenz arbeiten müssen als wir angenommen haben.
Aus der Literatur sind Wirkungsgrade der Rohrleitung und Einspritzanlage bekannt. Diese liegen bei ca. 0,95.
Von der praktischen Seite her würde ich große Querschnitte nehmen und erst im Einspritzkopf, in der Einspritzdüse, den Querschnitt der berechnet ist, nehmen. Dann sind die Rohrlängen relativ egal, da der einschränkende Faktor nur 1mm lang ist oder so.

Für was für eine Brennkammer hast du dich entschieden? Lang und schmall oder kurz und breit? Was für eine Tröpfchengröße strebst du an?

Gruß

Neil

Der kleinste Querschnitt soll bei den Einspritzdüsen sein.

In der Zuleitung sollen dann Ventile sein die mit einem Servo gesteuert werden. (Noch keine Ahnung wie das aussehen kann.)

Brennkammer... eher länger.

Hi,

ich habe mal gehört, das die Brennkammer ca. 1,5 mal so lang wie breit sein soll. Frag mich aber nicht wo ich das gehört habe und für welche Arbeitsdrücke das gilt.
Die Form der Brennkammer ist ja entscheident für den wirkungsgrad der Reaktion. Ich nenne das jetzt mal so. Ist die Brennkammer zu kurz, findet nicht 100% der Reaktion im Motor statt, sondern auch noch dahinter.
Die Frage mit der Tröpfchengröße bezieht sich genau auf das Problem.
Kleine Tropfen sind reagieren schneller mit den anderen, sind dafür aber auch schneller in der Brennkammer unterwegs. Für die dicken Tropfen gilt das gleiche nur umgekehrt. angeblich soll sich beides aufheben so das die Tropfengröße eigentlich keine Rolle spielt. Ich denke aber wenn du eine Zerstäuberdüse mit 10 bar betreibst, wirst du eher kleine Tropfen bekommen.
Die Form hat auch einen Einfluß auf die Geschwindigkeit der Gase im Motor. Ein kleiner Querschnitt macht die Gase schnell. Daher muss der Motor länger sein. Ein großer Querschnitt macht die Gase langsam, da kann der Motor kürzer sein. Vom Gewicht her wäre ein kurzer breiter besser. Man könnte die Betrachtung auch mit der Mantelfläche machen. Da über diese ja Wärme aufgenommen wird. Ein dünner Motor sollte da kleinere Flächen haben und somit auch besser zu kühlen sein. Andersherum wird ein breiter Motor einfacher zu fertigen sein, weil man da einfach besser rein kommt.
Vielleicht sollte man die Breite des Motors an der maximalen reite des Düsenkegels anlehnen. Dann kann man alles aus einem Stück drehen lassen ohne groß Materialverlust zu haben.
Bei Youtube gibt es erstaunlich viele Videos zu selbst gebauten Motoren. Teilweise Hybrid, teilweise Flüssig. Da sieht man auch was die für Ventile genommen haben. Einfache kugelhähne. Zum einschalten sollte das reichen, für die Justage würde ich eher Nadelventile nehmen.

Gruß

Neil

Theoretisch läßt sich das Brennkammervolumen wie folgt berechnen...
Vc = m x v x ts
Vc = Brennkammervolumen
m = Massenstrom
v = mittleres spezifisches Volumen d. Verbrennungsprodukte
ts = notwendige Verweildauer d. Treibstoffe z. vollständigen Verbrennung

...in der Praxis dann doch eher so...
Vc = L* x Ac
Vc = Brennkammervolumen
Ac = Querschnittsfläche chamber
L* = charakteristische Brennkammerlänge = ( m x v x ts ) / At wobei L* für verschiedenste Treibstoffkombinationen empirisch ermittelte Datensätze aus Tabellen gezogen werden.

Bei großen Triebwerken wird zur Verbrennungsoptimierung ein kleines Kontraktionsverhältnis (Ac / At) von 1,6-2 und lange Brennkammern angestrebt, während bei Kleinsttriebwerken das Optimum bei Kontraktionsverhältnissen von bis zu 16 liegen kann bei relativ kurzer Baulänge.

Gruß Marco

Geändert von Zaphod am 16. April 2007 um 15:46

Woher weiß man wann der Treibstoff vollständig verbrannt ist? Sieht man das beim Abgasstrahl? Vielleicht viel Feuer verbrennt erst danach vollständig und fast durchsichtig verbrennung schon vollständig in der Brennkammer?

Man kann es nach meinem Wissensstand nur indirekt durch Berechnungen feststellen.

Es gibt mehrere Ansätze. Einer davon ist es, mittels gemessener Schubkraft und Massenströme den spezifischen Impuls zu berechnen.

F=m*v

F=Schubkraft (kgm/s²)
m=Massenstrom Tr+Ox (kg/s)
v=spezifischer Impuls (m/s)

Jede Treibstoffkombination hat je nach Mischungsverhältnis einen theoretischen Grenzwert. Diesen zieht man zum Vergleich mit den über die Messungen errechneten Impuls heran.

v=²WURZEL (2*Ekin/m)

v=spezifischer Impuls (m/s) /theoretischer Maximalwert bei gegebenem Mischungsverhältnis
Ekin=kinetische Verbrennungsenergie (kgm²/s²) /Abhängig von den entstehenden Verbrennungsprodukten, Kombinationen und prozentualer Verteilung
m=Masse Tr+Ox (kg)

Mit diesen Ergebnissen kann man dran gehen, das Mischungsverhältnis zu optimieren.

Nur zur Info: um einen großen Impuls und damit ne hohe Schubkraft zu bekommen, ist es nicht von Vorteil den Treibstoff komplett in der Verbrennung umsetzen zu wollen.
1. Funktioniert es nicht. Der Raum ist zu klein und dadurch viel zu schnell durchlaufen. Ein großer Teil der Treibstoffe besitzt vielzuviel Energie (Dissoziationsenergie) und wechselt damit ständig seine Verbindungspartner. Der größte Teil setzt sich erst außerhalb des Triebwerks um z.b. auch mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff und dem Stickstoff).
2. Die nicht umgesetzten Moleküle evtl. leichter sind als die umgesetzten Moleküle.

Gruß Marco

Wenns für jemanden zu Hardcoremässig erklärt ist, kann ich es auf wunsch versuchen einfacher zu halten.

Geändert von Zaphod am 19. April 2007 um 15:11

Zitat:

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Woher weiß man wann der Treibstoff vollständig verbrannt ist?

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Ein simples Manometer kann das. Die Dinger gibt es auch (analog und digital) mit einer elektronischen Ansteuerung. Wenn also <1 Bar noch im Tank sind, ist er leer und das Ventil kann schließen.

Wo bei ich mir aber die Frage stelle, gibt es Ventile zu kaufen, die auch noch bei minus 218,75 °C (flüssiger Sauerstoff) zuverlässig funktionieren?

Interessanter ist es eine Schaltung zu entwerfen, die das optimale Mischungsverhältnis aufgrung variabler Druckverhätnisse automatisch reguliert. Dazu muß aber die Durchflußmenge gemessen werden.

Wenn Ihr euch flüssigtreibstoff Raketen kurz vor Ihrem Start anseht, dann wird erst mal ein paar sekunden lang das Gemisch unverbrannt ausgestoßen, um, dass das genaue Mischungsverhältnis angepaßt werden kann, bevor gezündet wird.

Andreas

Geändert von andreas31787 am 22. Mai 2007 um 15:07