Hab mal auf die schnelle was mit Paint gezeichnet. Vorsicht! Is nur ne Skizze zum verdeutlichen des Kühl und Förderprinzips. Im Bild fehlen Sensoren und Aktoren.
Gruß Zaphod

Geändert von Zaphod am 22. Februar 2007 um 10:04

Also eine Eigendruckförderung, die durch die Kühlung und den Wärmetauscher noch etwas verstärkt wird?

Das sieht sehr brauchbar aus, zumindest für lange Brenndauern macht es auf jeden Fall Sinn. Warum benutzt Du jedoch beide Komponenten zum Kühlen? Beim Oxidator wäre ich da vorsichtig, weil der vor Langeweile und Hitze plötzlich anfangen könnte mit der Brennkammer zu reagieren, oder täusche ich mich da?

Oliver

Hi,

mit welcher Druckdifferenz soll der Nebenstrom, der einen Teil des Treibstoffs verdampft, angetrieben werden? Reicht dazu der Dichteunterschied aus?

Gruß
Reinhard

@Oliver:
In der Skizze soll der dagestellte "Wärmetauscher" verdeutlichen, das beide Kreisläufe thermisch gekoppelt sind und nicht strömungsmäßig. Ob nun Wärmetauscher oder einige der Kühlkanäle dafür benutzt werden ist ne Sache, die man genauer betrachten muß, da hier die Größe vom Wärmefluß enscheident ist.

Mit dem Oxidator hast Du recht. Der Treibstoff sollte generell so spät wie irgendmöglich gasförmig werden um erstens noch ne Kühlung zu bewirken und zweitens nicht mit den Kühlwänden zu reagieren.
Das läßt sich über die Kühlkanalgeometrie, Anzahl, Strömungsgeschwindigkeit sowie der Tiefe im Material beeinflussen. Ist halt ne saumäßige rechnerei für die Erstauslegung eines Prototypen.

Gruß Zaphod

Geändert von Zaphod am 23. Februar 2007 um 09:16

Hi,

ich würde das anders machen.

Wenn du die Brennkammer und Düse mit beiden Komponenten kühlen willst, mußt du da zwei verschiedene Rohrsystem vorsehen. Das wird schwierig. Daher würde ich eher dazu übergehen und nur den Brennstoff für die Kühlung nehmen. Das wird so auch bei herkömlichen Triebwerken gemacht. Ich frage mich allerdings ob ein druckverflüssigtes Gas dafür geeignet ist. Wenn durch die Kühlung das Medium soweit aufgeheizt wird, das es bei gegebenen Druck die Phase wechselt, kann der Motor versagen, weil dann der Gasstrom am Ende nicht mehr genug Energie aufnehmen kann. Daher wäre das vorher zu klären, wie groß der Energiefluß in das Kühlmedium ist.
Dann nutzt du deinen Wärmetauscher um den ganzen Tank aufzuheizen. Das würde ich nicht machen. Ich würde einen Nebentank, der viel keiner ist, aufheizen. Der muss nur soviel Flüssiggas enthalten, das er in der Lage ist den Druck im großen tank aufrecht zu erhalten. Dadurch benötigst du weniger Energie, weil du nicht das ganze andere Gas aufheizen mußt. Es strömt dann allerdings kühler in die Brennkammer.
Das Prinzip an sich sollte funktionieren wenn ein Teil des Kühlmittelstroms erst durch einen Wärmetauschen Wärme an dem Tank abgibt und dann in die Brennkammer strömt. Das könnte so aussehen wie eine Heizwendel, nur das diese eben ein Rohr ist wo das Kühlmittel druchströmt.
Es wurden früher schon Motoren gebaut, die komplett in dem Tank lagen. Auch gab es die Ideen einen gewisse Menge Oxidator im Treibstofftank und eine gewisse Menge Triebstoff im Oxidatortank zu verbrennen um den Druck aufrecht zu halten (Oberth 1929). Dieses Prinzip wird heute bei dem Space Shuttle in etwa so verwendent. Nur da wird das halt nicht im Tank gemacht sondern in der Turbopumpe. Ein gewisser Teil wird in der Pumpe verbrand um die Pumpe anzutrieben. Wie ein Düsenmotor.

Eine andere Methode die Brennkammer zu kühlen, wäre eine Filmkühlung. Es wird Brennstoff an der Innenseite der Brennkammer so eingepsritzt, das er als Film an der Innenwand herunter läuft und dort verdampft. Das erspart evtl. einen komplizierten Aufbaue des Motors.

Anbei mal ein Bild wie so ein Motor aussehen könnte. Gebaut von WvB 1933-134 aus Aluminium.

Ofen Type 1 W
Effektiver Schub ca. 130kg
Gesamtverrbauch Brennstoff + Sauerstoff 1,0kg/s
Vorgesehener Ofendruck 10,2 ata
Innerer Durchmesser der rennkammer 130mm
Düse:
Halsdurchmesser 43mm
Mündungsdurchmesser 65mm
Länge des divergenten Teils 120mm



Ofen type 2B
Effektiver Schub ca. 300kg
Gesamtverrbauch Brennstoff + Sauerstoff 2,0kg/s
Vorgesehener Ofendruck 10,2 ata
Innerer Durchmesser der rennkammer 160mm
Düse:
Halsdurchmesser 51mm
Mündungsdurchmesser 77mm
Länge des divergenten Teils 145mm



Man sieht, so kompliziert ist das garnicht. Es sollte aber noch darauf hin gewiesen werden, das die Triebwerke eine Wasserkühlung hatten. Es wurde nicht Brennstoff oder Oxidator genommen sondern Leitungswasser. Das ging halt im Prüfstand so. Spätere die geflogen sind, wurden dann durch den Brennstoff gekühlt.
Oxidator und Brennstoff wurden mit Stickstoff gefördert. Damals war die Förderung schon ein Problem und daher wurde die Turbopumpe entwickelt.

Gruß

Neil

Ich zeichne mal ne etwas genauere Skizze und setz sie hier rein. Die Erste ist auf den zweiten Blick nicht genau genug, um zu verdeutlichen, wie ich es geplant habe.

Gruß Zaphod

Zitat:

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Original geschrieben von Zaphod

In der Skizze soll der dagestellte "Wärmetauscher" verdeutlichen, das beide Kreisläufe thermisch gekoppelt sind und nicht strömungsmäßig. Ob nun Wärmetauscher oder einige der Kühlkanäle dafür benutzt werden ist ne Sache, die man genauer betrachten muß, da hier die Größe vom Wärmefluß enscheident ist.

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Mit dem kleinen Detailproblem, welches schon Reinhard angedeutet hat: der Kreislauf durch den Wärmetauscher zurück in den Tank hat gar keinen Antrieb. Daran ändert auch die Erwärmung durch das Fluid nichts, welches unterwegs ist zur Brennkammer (dieses befindet sich wohl nicht mehr in einem wirklichen Kreislauf). Selbst wenn das Fluid dort verdampft wirkt der Gasdruck in beide Richtungen genau gleich. Auch der Dichteunterschied zwischen den zwei Phasen hilft da nicht: kommunizierende Gefässe. Höchstens der Dichteunterschied von warmem und kaltem Fluid könnte etwas bewirken, das wäre dann Konvektion, und man weiss ja, wie schnell die ist. Daran ändert sich übrigens auch nichts, wenn man diesen Kreislauf durch Kühlkanäle führt.

Zitat:

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Original geschrieben von Zaphod

Ich zeichne mal ne etwas genauere Skizze und setz sie hier rein. Die Erste ist auf den zweiten Blick nicht genau genug, um zu verdeutlichen, wie ich es geplant habe.

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Mich erstaunt etwas, dass Du eine Zeichnung erst erstellen musst, obwohl Deine Detailplanung schon so weit gediehen ist, dass Du die Kosten von 5kEUR bereits angeben kannst.

Zitat:

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Mit dem kleinen Detailproblem, welches schon Reinhard angedeutet hat: der Kreislauf durch den Wärmetauscher zurück in den Tank hat gar keinen Antrieb. Daran ändert auch die Erwärmung durch das Fluid nichts, welches unterwegs ist zur Brennkammer (dieses befindet sich wohl nicht mehr in einem wirklichen Kreislauf). Selbst wenn das Fluid dort verdampft wirkt der Gasdruck in beide Richtungen genau gleich. Auch der Dichteunterschied zwischen den zwei Phasen hilft da nicht: kommunizierende Gefässe. Höchstens der Dichteunterschied von warmem und kaltem Fluid könnte etwas bewirken, das wäre dann Konvektion, und man weiss ja, wie schnell die ist. Daran ändert sich übrigens auch nichts, wenn man diesen Kreislauf durch Kühlkanäle führt.

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Genau für das Problem meinte ich eben den kleinen Nebentank, der nichts anderes macht als seinen flüssigen Inhalt zu verdampfen. Oder eben die Heizspirale im Tank. Dann muss nicht Tankinhalt zum Wärmetauscher gefördert werden.
Das ganze hat aber noch ein anderes Problem welches ich auch schon bei der Kühlung der Brennkammer angesprochen habe.
Wenn ich mit einem Wärmetauscher den Inhalt des Tankes dazu bringen möchte zu verdampfen, dann muss die Flüssigkeit im Wärmetauscher so warm sein, das bei dem Druck im Tank der Tankinhalt verdampft. Gleichzeitg soll aber auch die Kühlflüssigkeit nicht im Rohr verdampfen sondern flüssig bleiben. Es gibt da also ein kleines Betriebspunktproblem. Evtl. sollte man nicht Kühlflüssigkeit nehmen sondern Abgase durch ein Nebenrohr durch den Tank leiten und dann nach unten ausstoßen. So in etwa funktionierten ja auch die Dampfmaschinen.
Schaut man sich mal im Internet um, so wird meistens mit Stickstoff (oder Helium) gefördert der hoch komprimiert ist. Dafür gibt es extra kugelförmige Hochdrucktanks. Dann noch ein Druckminderer zwischen schalten und fertig. Es gibt übrigens fertige Hochdruckdruckminderer zu kaufen. Die also nicht von 200-300bar auf max 10 bar senken, sondern auf z.B. 60bar. Wäre also nur ein Zukaufteil.

Obiges Problem mit der Förderung des Tankinhaltes zu dem Wärmetauscher könnte man auch mit dem Prinzip eines Geysir lösen. So wird ja auch das Wasser in einer Kaffeemaschine gefördert und da ist der Druck vor und nach dem Wäremtauschen auch gleich groß. Es müssen nur zwei Ventile eingebaut werden. Flüssigkeit strömt ein und wird erhitzt. Druck steigt, Flüssigkeit strömt nicht mehr ein. Einlaßventil geht zu, Auslaßventil geht auf. Flüssigkeit strömt aus bis sich Gas im Wärmetauscher bildet. Da Gas einen anderen Wärmeleitwert hat, kann nicht mehr genug Energie zugeführt werden und der Druck sinkt wieder. Auslaßventil schließt, Einlaßventil öffnet sich und alles beginnt von vorne.
Problem hier, du bekommst eine Oszilation, die mit Sicherheit nicht gut ist.

Gruß

Neil

Geändert von Neil am 23. Februar 2007 um 10:48

Ich muß hier mal einige Mißverständnisse ausräumen. Die Detailplanungen bezogen sich auf das LNG/LOX Triebwerk.
Nicht auf mein neues Projekt. Mußte schließlich erstmal ne neue geeignete Treibstoffkombination suchen und prüfen. Da die Treibstoffeigenschaften von Ethan/NOS nun ganz andere sind, und die bestimmen im wesentlichen den Triebwerksentwurf, erfordert das ne komplette Neuplanung des Triebwerks.

Bei der Kombination LNG/LOX hätte mich das Triebwerk nackt ohne Anbauteile bei der Herstellung mittels Kupferröhrchen 4k gekostet. Werkzeugherstellung, Materialkosten, Galvaniserungskosten, Arbeitstunden etc...
Ein andere Möglichkeit wäre das Rundknetverfahren gewesen. Für einen Prototypen aber nicht Sinnvoll, da Änderungen neue Werkzeuge bedürfen. Veringert aber bei einer Serienproduktion die Herstellungskosten ungemein.
Das dritte Vefahren: Rohling drehen, Kühlrippen fräsen, vernickeln. Kosten: 3,5k.
Der Turbinenprüfstand mit Messsystem (Nur zum messen der Turbinenräder) ca. 15k. Ich bin hier zwar an der Uni aber auch da gibts die Teile nicht umsonst. Der neue Entwurf dürfte nicht billiger werden. Es entfällt aber zum Glück die Kosten für eine Pumpenförderung.

Ich hab nur konkretere Papierzeichnungen über das LNG/LOX Triebwerk. Deshalb diese mal eben schnell gezeichnete Skizze da oben. Ob da nun ein Wärmetauscher dranhängt, oder die Kühlrohre mal kurz im Tank vorbeischaun. Das sollte die Skizze jetzt nun nicht unbedingt darstellen. Deshalb bitte nicht ausflippen. Genauere Angaben kann ich nur machen, wenn ich mit dem berechnen der einzelnen Energieflüsse fertig bin. Und es sich abzeichnet, das die eine oder ander Variante möglich/unmöglich wird.

Gruß Zaphod

Wünsche ein schönes WE. Bis nächste Woche

Geändert von Zaphod am 23. Februar 2007 um 13:04