Schlagwort: Schub

Durchgerechnet: Das Raptor Triebwerk – der Schub

Posted on by Bernd Leitenberger

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Heute in kurzer Folge ein weiterer Blog zu SpaceX Geheimtechnologie. Er ergab sich aus den Versuchen, meine Simulation mit den Daten des zweiten Testflugs in Übereinstimmung zu bringen. Während die Leermassen relativ gut bekannt sind, gibt es sonst weitestgehend keine Daten. Es war ja noch nie so, dass SpaceX viele technische Basisdaten, von Details will ich gar nicht reden, veröffentlicht. Aber beim Starship ist die Situation noch wesentlich schlechter als bei der Falcon 9 oder Falcon Heavy.

Speziell bei den Raptoren ist die Situation besonders schlimm. Es gibt zahllose Tweets von Elon Musk, eine Medienabteilung hat die Firma ja nicht und bei denen weiß man nicht, worauf sie sich beziehen – erreichte Werte oder Ziele? Werte für den Betrieb auf Meereshöhe oder im Vakuum? Eines kann ich auflösen – es sind meist die Vakuumwerte, da diese generell höher sind und es geht bei Musk ja primär darum anzugeben, nicht zu informieren. Continue reading „Durchgerechnet: Das Raptor Triebwerk – der Schub“ →

In wie weit steigert mehr Schub die Nutzlast?

Posted on by Bernd Leitenberger

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Heute wieder ein durchgerechneter Grundlagenartikel. Es geht um einen Teil der Verluste einer Rakete. Unter „Verlusten“ (ja auch im englischen heißt es „losses“) versteht man einen Mehraufwand an Energie, der sich in einer nach der Ziolkowksi- oder Raketengrundgleichung höheren Geschwindigkeit äußert.

Es gibt eine Reihe von „Verlusten“, so durch die Luftreibung, am höchsten bei der Zone von Max-Q wo die Rakete in den Überschallbereich übergeht. Dann Steuerverluste die durch die Drehung der Rakete entstehen, wenn der Geschwindigkeitsvektor nicht dem Vektor der Triebwerke entsprechen. Der Hauptanteil sind aber die Gravitionsverluste die man wiederum in zwei Arten einteilen kann. Das eine ist die Hebearbeit im Gravitationsfeld, der eigentlich kein Verlust ist sondern die Umwandlung von kinetischer in potenzielle Energie. Sie entsteht dadurch das jeder Orbit mindestens 150 km von der Erdoberfläche entfernt ist, also erst mal die Nutzlast auf diese Höhe gehoben werden muss. Der zweite entsteht dadurch, dass während die Rakete beschleunigt, die Erdanziehung an ihr nach unten zieht und sie so verlangsamt. Continue reading „In wie weit steigert mehr Schub die Nutzlast?“ →

Wie regele ich den Schub für Raketentriebwerke?

Posted on by Bernd Leitenberger

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.

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