SpaceX ITS (MCT) - Diskussion

Also schwer entzündlich ist eine Methan-Sauerstoffgemisch mit Sicherheit nicht. Stimmt das Verhältnis bei dem es verbrennt, reicht eine minimale Energie aus. Das was das sehr viel mehr Energie braucht ist die Ventilsteuerung, sprich das Ventil das zumindest eine Vorzündung für die Gasturbine versorgt mit dem dann die Turbopumpen angetrieben werden. Für den eigentlichen Zündfunken reicht vermutlich eine AAA Batterie.

Also schwer entzündlich ist eine Methan-Sauerstoffgemisch mit Sicherheit nicht. Stimmt das Verhältnis bei dem es verbrennt, reicht eine minimale Energie aus. Das was das sehr viel mehr Energie braucht ist die Ventilsteuerung, sprich das Ventil das zumindest eine Vorzündung für die Gasturbine versorgt mit dem dann die Turbopumpen angetrieben werden. Für den eigentlichen Zündfunken reicht vermutlich eine AAA Batterie.

Wieviel eigene Erfahrung hast Du damit ?
Weißt Du wie sowas ausgelegt wird ?
Natürlich braucht man nicht unendlich viel Energie, aber eine gewisse Menge schon; dazu, wie Du schreibst, die Energie um Ventile usw. zu betreiben.  Die Zündung ist einer der kritischen Vorgänge und daher muss das quasi totsicher funktionieren. Was macht man auf dem Mars wenn das Triebwerk für den Rückflug nicht mehr zündet ?
Mag sein daß eine AAA-Batterie genug Energie für einen Zündfunken liefert, aber man macht das ja nicht mit einem Funken sondern erzeugt eine ganze Kette, innerhalb der dann ein Funken die Zündung bewirkt. Das ist nicht unbedingt der erste Funken, also wäre ein einzelner Funken extrem unzuverlässig.

Laserzündung klingt zwar toll und einfach, aber die dazugehörige Elektronik wird sehr teuer für Raumfahrtanwendungen, damit auch diese 'totsicher' funktioniert. Und die Erfahrungen damit sind noch sehr gering. Das ist noch in der Vorentwicklung.

Für Zündfunken reicht eine AAA-Batterie locker aus. Damit kann man auch 100 mal Zünden, das ist Energie-technisch kein großes Problem. Viel schwieriger dürfte die Hardware sein, denn wenn man einfach ne Zündkerze aus dem PKW im Triebwerk verbaut, zündet es beim ersten mal ganz sicher. Aber überlebt die Zündkerze dann den folgenden Burn? Ganz sicher nicht. Man muss also eine Zündmechanik haben, welche die extrem hohen Belastungen im inneren des Triebwerkes überlebt.

Für Zündfunken reicht eine AAA-Batterie locker aus. Damit kann man auch 100 mal Zünden, das ist Energie-technisch kein großes Problem. Viel schwieriger dürfte die Hardware sein, denn wenn man einfach ne Zündkerze aus dem PKW im Triebwerk verbaut, zündet es beim ersten mal ganz sicher. Aber überlebt die Zündkerze dann den folgenden Burn? Ganz sicher nicht. Man muss also eine Zündmechanik haben, welche die extrem hohen Belastungen im inneren des Triebwerkes überlebt.

Das Morpheus Mondlander Testgerät benutzt Funkenzündung für das Haupttriebwerk und die Lagekontroll-Triebwerke. Die machen locker tausende Zündungen. Gerade die Lagekontrolltriebwerke feuern dauernd kurze Impulse, offenbar ohne Probleme. Die sind allerdings einfache druckgespeiste Triebwerke, auch das Haupttriebwerk.

Zitat von: Hugo am 23. Juli 2017, 22:17:29

Für Zündfunken reicht eine AAA-Batterie locker aus. Damit kann man auch 100 mal Zünden, das ist Energie-technisch kein großes Problem. Viel schwieriger dürfte die Hardware sein, denn wenn man einfach ne Zündkerze aus dem PKW im Triebwerk verbaut, zündet es beim ersten mal ganz sicher. Aber überlebt die Zündkerze dann den folgenden Burn? Ganz sicher nicht. Man muss also eine Zündmechanik haben, welche die extrem hohen Belastungen im inneren des Triebwerkes überlebt.

Das Morpheus Mondlander Testgerät benutzt Funkenzündung für das Haupttriebwerk und die Lagekontroll-Triebwerke. Die machen locker tausende Zündungen. Gerade die Lagekontrolltriebwerke feuern dauernd kurze Impulse, offenbar ohne Probleme. Die sind allerdings einfache druckgespeiste Triebwerke, auch das Haupttriebwerk.

Die Morpheus Triebwerke benutzten "Coil-on-plug" Zündkerzen, betrieben bei 16 V, 7-9 A, mit einer Funkenenergie von jeweils 35 mJ bei 100 Hz. Da erscheint mir eine AAA-Batterie irgendwie überfordert, genau weiß ich es nicht da ich kein Elektroniker bin.

In kleinen Triebwerken geht das, da man die Zündkerze so anordnen kann daß sie nicht die volle Hitze der Verbrennung spürt. Große Brennkammern werden dann so gezündet daß mit einer kleine Kammer eien Flammer erzeugt wird, gezündet von der Zündkerze (analog zum kleinen Trioebwerk), die Flamme zündet dann die eigentliche große Brennkammer., Beim SSME nannte man das Augmented Spark Igniter.

35mJ sind 35mWs oder 35mA*1V oder 23,4mA*1,5V*1s.
Eine AAA Batterie hat ca. 1A*3600s*1,5V, oder 5400mJ.
das sollte für gut 1400 Zündungen ausreichen.
(Ich bin Nachrichtentechnik Ingenieur.)

Das kann ich bestätigen, da ich selbst schon aus Spaß kleine Hochspannungsgeneratoren gebaut habe. Das ist für 5...8 cm lächerlich einfach.

Aber !

In der Brennkammer kommt es darauf an, möglichst große Bereiche des Gemisches schnell zu zünden.
Groß wegen der Stabilität - schnell, weil auch ein Zündvorgang eine erstaunliche Zeitverteilung zeigt.

Da ist man dann schnell im Bereich, wo man feststellt, daß man heftig Amperes in die Zündung stecken muß, und gut gepuffert. Und für größere Zündfunken muß man meher Aufwand für Isolation und nichtleitende Bereiche in der Brennkammer treiben.

Dagegen stelle ich mir eine Laserzündung eigentlich ganz gut vor. Das wäre ein "Zündfunke" quer durch die Kammer. Freilich - der Aufwand fur das "Fenster" zur Brennkammer ist nicht zu unterschätzen, evtl auch die Auftreffstelle.
Ist freilich erst möglich, seit es Nd:KGW und Ähnliches für Laser gibt...

Dein Aber ist zwar etwas berechtigt, aber im Vergleich zu Kerosin/LOX wird sehr wenig Energie zur Zündung benötigt.Das drum herum, z.B. die Energieversorgung der Ventile braucht aber echt viel Energie, da werden Massen schnell bewegt.

35mJ sind 35mWs oder 35mA*1V oder 23,4mA*1,5V*1s.
Eine AAA Batterie hat ca. 1A*3600s*1,5V, oder 5400mJ.
das sollte für gut 1400 Zündungen ausreichen.
(Ich bin Nachrichtentechnik Ingenieur.)

ja, sowas ähnliches hatte ich mir gestern auch zusammen gereimt.

ABER  (nicht ganz so groß):

die 35 mJ gelten für einen Funken. Die AAA-Batterie kann also theoretisch 1400 Funken versorgen.
Eine Zündung braucht etwa 100 Funken (zwei Zündkerzen parallel, 100- 150 Hz, mehrere Zehntelsekunden Funkenkette.)

Kann die Batterie auch die hohen Ströme liefern bei ordentlicher Spannung ?  Morpheus benutzt 16V, 7-9 A.

Außerdem vergleichen wir die elektrische Versorgung am Eintritt in die Spule mit der Funkenenergie. Dazwischen finden Umwandlungen auf Hochspannung, Zerhackung in einzelne Impulse usw. statt. Da ist der Wirkungsgrad wohl kleiner als 100%. @Klakow, was ist da realistisch ?

Die Quintessenz ist in jedem Fall:  Elektronik wird zum gewissen Maße benötigt.

Laserzündung:  Der Laser wird auf einen ganz kleinen Bereich fokusiert, nur dort reicht die Energiedichte für eine Zündung aus. Dagegen ist eine Funkenentladung deutlich größer. Bei der ersten Zündung ist ein optischer Zugang noch rein. Wie gut das im Betrieb bleibt ist aber die Frage, bzw. wie man dafür sorgt und mit welchem Aufwand.

Das gute an Lasern ist, dass sich damit Energie über eine größere Strecke übertragen lässt, das geht mit Hochspannungsfunken so nicht.
Für die Wandlung von 1,5V gibt es verschiedene Verfahren, ein Verfahren das relativ neu auch für Leistungselektronik in Frage kommt ist Spannungserhöhung mittels geschalteter Kapazitäten. Hierzu gibt es Chips die eine Wandlung mit sehr hohem Wirkungsgrad (über 98%) ermöglichen.
Die erreichbare Effektivität kann über 99% steigen.
Begrenzt wird der maximale Wirkungsgrad von den ohmichen Widerständen der Bauelemente und den Widerständen beim Umschalten.

Laßt uns doch mal nebenbei wegkommen von den 1,5 Volt
Man wird doch  zweckmäßigerweise 12 V oder gar 29 V Bordspannung nehmen.
Weiterhin braucht man unter Zündfunken im Zentimeterbereich garnicht anfangen. Es geht ja nicht (wie ich oben schon schrieb) allein um den Funken, sondern um einen möglichst großen Bereich, der gleichmäßig zu zünden ist. Besonders da zum Zündzeitpunkt noch kein gleichmäßiger Massenstrom in der Brennkammer herrscht. Ob man das durch Aufteilung einer langen oder Parallelschaltung kurzer Strecken erreicht, ist egal, die Gesamt Energie ist entscheidend.
Aber gibt es wirklich Chips (!), die durch Kap.Umschaltung 50000 letztlich Volt machen können???
Und wäre das soviel günstiger als geschaltete Selbstinduktion ?

Du kannst 5.000 Volt mit zwei PKW-Zündspulen erzeugen. Allerdings braucht man dann 12 Volt.

Wem sagst Du das

http://www.letterchip.de/tesla_corner/funkenklavier/index_keyboard.html

Na ja, die 1,5V Batterie wird es sicher nicht, aber vielleicht eine Lithium Batterie, oder Batterien. Der Punkt ist das es bei geschallten Kapazitäten nicht darum geht aus 3,8V, 50kV zu machen, sonder erstmal vielleicht 48V oder 500V.
Bei niedriger Spannung sind alle Leitungswiederstände viel übler, es gibt mehr Verluste und damit Abwärme und dickere Stromleiter.
Es ist ein komplexer Prozess sowas optimal zu gestalten.
Nebenbei kann man eine Verbrennung auch als Kaskade starten, also Hilfszündkreis bei dem quasi genug Flamme entsteht um andere anzuzünden.
Sowas macht man z.B. auch in Gasdurchlauferhitzern, eine kleine Hilfsflamme bleibt an.

Wem sagst Du das

http://www.letterchip.de/tesla_corner/funkenklavier/index_keyboard.html

Der Artikel enthält einige Fehler weil der Schreiber offensichtlich nicht versteht wie Spulen Arbeiten,

Falls von euch jemand mal so was kleines realisieren will, würde ich die kostenlose Testlizenz von Orcad nehmen, das ist zwar von der Bauteilanzahl und den Netzen beschränkt, aber an ansonsten eine richtig gute Software. EAGLE geht auch, aber die Schaltplaneingabe soll mies sein und das Layout Tool hat ein paar Unzulänglichkeiten. Abraten würde ich von Altium Designer, ich habe das Tool drei Monate in den Fingern gehabt und für mich fühlt es sich an wäre es billiges Werkzeug aus China (igitt). Selbst für geschenkt würde ich damit nicht arbeiten wollen.

Nebenbei kann man eine Verbrennung auch als Kaskade starten, also Hilfszündkreis bei dem quasi genug Flamme entsteht um andere anzuzünden.

Genau das wird ja üblicherweise gemacht. Aus zwei Gründen, zum einen um den Energiebedarf gering zu halten und die Energie dort zu konzentrieren wo man gut und zuverlässig Zündbedingungen schaffen kann, und zum anderen um die Zündkerzen o.ä. von der eigentlichen heißen Verbrennung fernzuhalten und dadurch zu schonen.
Siehe auch meine Antwort vom 23.07., 23:04:49

Bei einem Triebwerk das mit zwei Gasen arbeitet ist die Zündung selber vermutlich nicht das Problem, es ist eher die Frage wie man ein hinbekommt das vom Zustand AUS in den Zustand volle Leistung das so gesteuert ist das die Baugruppen nicht aufgrund der Schockbelastungen (Temperaturverlauf und Druck), schaden nehmen. Das ist ebenfalls ein Problem beim Abschalten, hier muss sichergestellt werden das die Turbinen und Turbopumpen(wellen) sich nicht sofort aufhören zu drehen. Passiert das nicht, kann man den ganzen Klumpatsch sonst vielleicht wegwerfen (ups, da fällt mir ein, das machen manche indem sie die im Meer versenken).

Bei einem Triebwerk das mit zwei Gasen arbeitet ist die Zündung selber vermutlich nicht das Problem, es ist eher die Frage wie man ein hinbekommt das vom Zustand AUS in den Zustand volle Leistung das so gesteuert ist das die Baugruppen nicht aufgrund der Schockbelastungen (Temperaturverlauf und Druck), schaden nehmen. Das ist ebenfalls ein Problem beim Abschalten, hier muss sichergestellt werden das die Turbinen und Turbopumpen(wellen) sich nicht sofort aufhören zu drehen. Passiert das nicht, kann man den ganzen Klumpatsch sonst vielleicht wegwerfen (ups, da fällt mir ein, das machen manche indem sie die im Meer versenken).

Das wird beherrscht.  Die drehenden Teile haben eine Trägheit die verhindert daß sie schlagartig anhalten bzw von Null auf Hundert in sehr kurzer Zeit. Bei kalten Treibstoffen kommen eher Thermalprobleme.

Denkt dran dass wir hier im ITS Thread sind - und wir da noch nicht mal wissen was dieses überhaupt für eine Zündmethode benutzt (oder ob es überhaupt verwirklicht wird)

Der Artikel enthält einige Fehler weil der Schreiber offensichtlich nicht versteht wie Spulen Arbeiten,

Mag sein, daß der Schreiber noch ein paar Tippfehler drin hat, aber das Foto sollte dir zeigen, daß der Schreiber das Ding gebaut hat. Im Übrigen solltest Du nochmal überdenken, ob Dein Wissen über Spulen evtl.  lückenhaft ist Es geht hier nämlich nicht um Sinusspannungen.

Sicher nicht, es gibt drei wichtige Kenngrößen für Spulen, die Induktivität, den Sättigungsstrom und den Spulenwiderstand.
Letzteres ist in aller Regel unerwünscht, der Sättigungsstrom sagt aus bis zu welchem Strom diese den Magnetfluss steigert und die Induktivität ein Maß für die Energie die die Spule bis zum Sättigungstrom Energie aufnehmen kann. (P[in W]=0,5*L*I²)
Es geht bei Spulen darum, das jede Stromänderung, zu einer Änderung des Magnetflusses führt.

? ? ? ?
Du verwunderst mich 
Meine Beschreibung ist zwar einfach gehalten, damit auch ein Anfänger das nachbauen kann, aber ich habe Sättigungsstrom und Spulenwiderstand erwähnt. Die Induktivität muß man ja eh so nehmen, wie man sie bekommt.

Bei einem Triebwerk das mit zwei Gasen arbeitet ist die Zündung selber vermutlich nicht das Problem, ...

Ich dachte wir reden über Flüssigtreibstoff-Triebwerke. LOX ist Liquid Oxygen, also flüssiger Sauerstoff, Kerosin ist sowieso flüssig, und Methan wäre als verflüssigtes Gas im Tank.
Daraus ergibt sich daß zur Zündung die Flüssigkeiten erst noch soweit erhitzt werden müssen daß sie zumindest verdampft. Ein Zündfunke erzeugt ein Plasma, ganz lokal. Ein Laser-Energieimpuls erzeugt - in einem ganz kleines Volumen - ebenso ein Plasma

Ich dachte wir reden über Flüssigtreibstoff-Triebwerke. LOX ist Liquid Oxygen, also flüssiger Sauerstoff, Kerosin ist sowieso flüssig, und Methan wäre als verflüssigtes Gas im Tank.
Daraus ergibt sich daß zur Zündung die Flüssigkeiten erst noch soweit erhitzt werden müssen daß sie zumindest verdampft. Ein Zündfunke erzeugt ein Plasma, ganz lokal. Ein Laser-Energieimpuls erzeugt - in einem ganz kleines Volumen - ebenso ein Plasma

Hm, das ist eine interessante Frage: zu Beginn, vor der Zuendung, sind die eingespritzten Treibstoffe in der Tat fluessig - zumindest im Gasgenerator / Preburner. Vermutlich kommt von hier ein guter Teil der Verbrennungsinstabilitaeten. Keine Ahnung, das genau geregelt wird.

SpaceX hat aber dazu einen saumaessig interessanten Beitrag zur Simulation in Youtube, umbedingte Videoempfehlung. Ich vermute, das ist auch einer der grossen Gruende, warum das Merlin so unglaublich gut performed.

https://www.youtube.com/watch?v=vYA0f6R5KAI

Das RS-25 SSME hat ein zentrales Rohr in der Mitte, aus der heraus eine elektrisch gezuendete Zuendflamme aus LH+LOX fuer die Brennkammer kommt:
http://large.stanford.edu/courses/2011/ph240/nguyen1/docs/SSME_PRESENTATION.pdf

Die Turbopumpen arbeiten sicher mit dem flüssigen Akregatzustand und das was verbrannt ist, ist sicher ein sehr heißes Gas, aber wo wird das ganze bei den Trubinen und Triebwerken zum Gas und wie ist das im ersten Moment beim Start?