Wie funktioniert ein Flüssigraketentriebwerk?

 76 total views

Ich probiere mal heute einen neuen Ansatz: Raketentechnik für Politiker (im englischen: „Rocket science for Dummies“). Heute, wie funktioniert ein Flüssigraketentriebwerk.

Zentraler Teil ist die Brennkammer. Die Brennkammer ist eigentlich etwas relativ einfaches. Im einfachsten Fall ist es ein hohler Metallblock. Er hat zwei Öffnungen, die an den beiden Enden liegen. Am einen befindet sich die Düse und da andere Loch besprechen wir später. Durch die Düse entweicht der verbrannte Treibstoff, der durch die Hitze zu einem Gas wurde. Da Gas viel mehr Volumen als Flüssigkeiten beansprucht, ergibt sich ein großer Druck, dieser Druck ist der Schub den das Triebwerk entwickelt. Die Düse kann in einfachsten Fall nur eine Verengung sein. In der Regel weitet sie sich aber wie ein Trichter auf. Die Ausweitung hat den Vorteil, das solange das Gas den Trichter noch nicht vollständig passiert hat, es weiter Schub liefert, da es in alle Richtungen expandieren will, es aber durch die Form nur in eine Richtung expandieren kann. Die Kräfte die in die anderen Richtungen wirken, ergeben den Schub. Continue reading „Wie funktioniert ein Flüssigraketentriebwerk?“

Wie startet man Raketentriebwerke?

 28 total views

Eine interessante Frage, denn bis heute gilt der Startvorgang als der kritische Vorgang, bei dem am meisten schief gehen kann. Nicht umsonst geht der Trend dazu möglichst wenige Triebwerke im Flug zu zünden. Arbeiten wir uns in der Schwierigkeit nach oben.

Druckgeförderte Triebwerke mit hypergolen Triebstoffen: Heute in zahlreichen Satelliten eingesetzt, aber auch in einigen Oberstufen wie der EPS oder Delta. Die Technologie ist auch deswegen so verbreitet weil sie so einfach und zuverlässig ist.

Es reicht im Prinzip die Ventile zu öffnen. Der Druck in den Tanks treibt den Treibstoff in die Leitungen. Bei Zünden unter Schwerelosigkeit und nicht ganz vollen Tanks wird es schwieriger. Dann wird entweder durch ein dehnbares Diaphragma der Druck auf die Flüssigkeit ausgeübt, sodass es keine Gasblase geben kann (Das Druckgas ist nur in dem einen Teil der von dem Treibstoff durch eine Membran abgetrennt ist.

Continue reading „Wie startet man Raketentriebwerke?“

Wie regele ich den Schub für Raketentriebwerke?

 34 total views,  10 views today

Heute mal ein Blog zum Thema Grundlagen. Es geht darum wie ich den Schub einer Rakete regeln kann. Eigentlich kein neues Thema, aber das gilt für einen guten Teil des Blogs, eigentlich steht alles schon in der Website drin (wenn man diese mal durchlesen würde, könnte man sich den Blog sparen). Zuerst einmal: Warum muss ich den Schub regeln? Eine Rakete startet mit einer Anfangsbeschleunigung von, sagen wir mal, 1.5 G. Dann nimmt der Treibstoff ab und die Rakete wird leichter. Die Beschleunigung nimmt bei gleichem Schub zu. Bei einem typischen Verhältnis von Start zu Leermasse von 3 bis 4 (je nach Nutzlast und Oberstufe) wäre die Beschleunigung am Ende bei 4.5 bis 6.0 G.

Diese Beschleunigung muss die Rakete aushalten, aber auch der Satellit. Daher ist man in der Regel bestrebt, die Spitzenbeschleunigung auf 5.0 bis 5.5 G zu beschränken. Die Beschleunigung ist dabei nicht mal das Hauptproblem. Es sind die Vibrationen die durch das Triebwerk auf die Stufe und Nutzlast übertragen werden. Dies ist ein Durschütteln, bei dem der Satellit dauernd beschleunigt und abgebremst wird. Demgegenüber die die dauernde Beschleunigung weniger stressig. Allerdings nehmen die Vibrationen auch zu, wenn die Tanks sich leerem.

Nun zum Thema: Wie senkt man den Schub? Bei Feststofftriebwerken bestimmt vor allem die Geometrie der Füllung den Schub. Es gibt zwei Formen, die häufig verwendet werden: Kreisinnenbrenner (der Treibsatz hat die Form eines Zylindersegments) : Hier nimmt die Fläche über die Zeit zu, und so auch der Schub. Das Gegenteil ist der Sterninnenbrenner, bei dem wird ein Stern in die Hülse gelegt, bevor der Treibstoff eingefüllt wird. Die Oberfläche hat dann Zacken, die eine große Oberfläche haben und die beim Abbrand schneller abbrennen und so die Fläche verkleinern. Dieser Typ hat also einen Schub der absinkt, bis eine Kreisfläche erreicht ist (Minimum) und dann vergrößert er sich wieder wenn die Fläche zunimmt.

Continue reading „Wie regele ich den Schub für Raketentriebwerke?“