Infos zu Kaltgasantrieben

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

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.

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.

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

Wenn du was rechnen willst, kannst du dir die NASA CEA Software kostenlos vom NASA Server ziehen:
http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/

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.

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?

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.

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 

hat keiner ein Rat für mich?

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

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?

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 ?

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.

Hallo Zusammen,

Ich habe mal eine Frage zu der Energiebilanz von Kaltgasantriebe.

Aus der PDF kann man für ein Kaltgasantrieb folgende Parameter enthemmen:

Schub: 46 mN
Druck: 1,5 Bar
ISP: 69 s
Stützmasse: Stickstoff

Wie kann so ein Triebwerk mit nur 1,5 Bar so ein hohen ISP haben?

Um ein Stickstoff auf 676,8 m/s zu beschleunigen braucht man nach [tex]P =\frac{ m }{ 2 }*\nu^{2}[/tex] etwa 229 KJ/Kg. Die Spezifische Energie von ein Kg. Stickstoff bei 1,5 Bar und 288 K müsste aber wesentlich darunter liegen.

Für die Verdichtung von Stickstoff  um 150.000 Pa benötigt man etwa 84 KJ/Kg. Dazu kommt noch die Thermische Energie, Bei 15 °C etwa 288 KJ/Kg. Wobei man nicht wirklich auf "0" Kelvin Entspannt werden kann, daher wesentlich weniger. Daher meine Frage: Woher kommt die Energie? oder was habe ich übersehen?