Auslegung eine Kaltgas Lageregelungsantriebes

Hallo zusammen,

ich will gerade für eine Projektarbeit ein Kaltgas Lageregelungsantrieb auslegen. Gegen habe ich einen Total Impuls von 13300 Ns (Missionsanforderungen) und einen spezifischen Impuls von ca. 160s.
Damit kann ich in einer ersten Näherung die Kaltgas-Masse bestimmen. Jetzt weiß ich aber nicht weiter. Wie kann ich von dort eine Gesamttreibstoffmasse bestimmen. D.h. Kaltgas-Masse für die Missionsanforderungen und Kaltgas-Masse zum heraus drücken des Treibstoffes. Das ganze Lageregelungssystem soll im BLow-Down Modus arbeiten.

Ich hoffe ihr wisst was ich meine und könnt mir etwas unter die Arme greifen.

Danke schon jetzt für eure Hilfe!

Grüße, Letscho

Impuls = Schub x Zeit
Schub = g* Isp* Massenstrom

Zeit x Massenstrom = Masse Treibstoff

Dann daraus:
Impuls= g * Isp * Massenstrom *zeit
Impuls= g * Isp* Treibstoffmasse

Treibstoffmasse= Impuls /(g * Isp) = 13300 / (9.81* 160)= 8,47kg


mit g=9,81 m/s^2

Hoffe ich konnte weiterhelfen. Besser nochmal nachrechnen, mach ich gerade nur aus dem Stehgreif.

hallo tobi,

danke für die schnell antwort! aber den von dir beschriebenen rechnenweg meinte ich mit der Kaltgas-Masse zum erfüllen der Missionsanforderungen. (Auch ich komme auf das gleiche Ergebnis wie du! )

Jedoch muss ich ja dieses Gas/Masse irgendwie aus meinem Treibstofftank heraus bekommen und dies geschieht ja durch ein Druckgas (oder nicht?). Wobei hier Druckgas ja auch Treibstoff ist! Und ich suche nun die gesamte Masse and Kaltgas um die Mission zuerfüllen UND die 8.47kg aus dem Tank zu drücken.

Weist du was ich meine?

Ja ich hatte im Eifer des Gefechts deinen Beitrag nur kurz überflogen, das hab ich wohl überlesen.

Also Blow-Down würde ich so verstehen, dass das "Kaltgas" auch das Treibgas ist, also unter Druck steht. Damit fällt der Tankdruck mit der Zeit und der Schub (und Isp) sinkt. Vielleicht ist im Tank auch 400bar und es gibt einen Druckminderer, der den Druck vor der Düse auf 20bar absenkt. Dann kann an der Düse (Annahme Temperatur im Tank konstant) eine konstante Performance gehalten werden bis der Druck im Tank unter 20 bar gesunken ist. Dann kannst du als Näherung annehmen, dass wenn der Druck unter 20 bar im Tank fällt der restliche Treibstoff "verloren" ist. Im Tank ist also die 8,47kg und ein Anteil verlorener Masse. Dann kannst du eine einfache lineare Gleichung aufstellen und das lösen.

Kurzer Ansatz:

Gesamtmasse = 8,47 kg + Verlorene Masse

Verlorene Masse = Tankvolumen * Dichte (20bar) = V* 20bar / (R*T)

Dann:

Gesamtmasse = V* 400 bar /(R*T) = 8,47 kg + V* 20bar / (R*T)

Daraus das Volumen bestimmen ( R bei Luft z.B. 287J/kg/K)

Und dann die Gesamtmasse ausrechnen. Meiner Meinung nach aufgelöst dann:

Gesamtmasse = 8,47 * 400 bar / (400bar-20bar)= 8,92 kg.

Wieder besser nochmal nachrechnen.

Da musst du mal weitere Details zum Antrieb erfragen.

Die notwendige Treibstoffmasse dürfte also in jedem Fall etwas höher sein, als was ausgerechnet wurde.

Wow, das ist ja super!

Also was ich vergessen habe zu erwähnen ist, dass der Schub des Triebwerks nicht unter 100 N sinken soll. Die werden bei dem ausgewählten Triebwerk bei 10bar Triebwerkseingangsdruck realisiert. D.h. für mich, dass mit voll geladenem Tank ein höherer Schub generiert wird und bei Blow-Down Betrieb dieser dann auf 100 N absinkt.
Der Druck im Tank ist am Ende der Mission bekannt. Liegt so bei 60/80 bar. Der Tank soll bis maximal 400bar betrückt werden und es ist auch kein Druckregler vorgesehen.

Und ja, ich hatte auch gedacht, dass die Gesamtmasse = Missionsmasse + Verlorene Masse ist.

Ändert das etwas an deiner Berechnung?

PS: Ich habe nochmal nachgeschaut, der ISP liegt bei knappen 60s. Was ja aber "nur" die Masse erhöht!