Raptor - SpaceXs Methantriebwerk

Er hatte es gegen Anfang erwähnt.

Ich meine mich zu errinern, das bei der Falcon 9 der Schwenk von Normal-LOX zu Subcooled-LOX der Schub von Merlin deutlich zugelegt hat, aber der ISP gerade mal um 1 Sekunde.
Daraus würde ich schließen, das es nur für den Schub und das Tankvolumen interesannt ist, wie kalt das Lox ist. Und einmal im Orbit sind 10% Schubunterschied nichts, worüber man sich den Kopf zerbrechen muss, da dies die Bahnmanöver so minimal ineffizienter macht, das man weniger als 1% Gesammtperformance wohl verliert. Vorrausgesetzt, der Spezifische Impuls leidet nicht.
Auf dem Mars wäre Subcooled wieder möglich, dank externer Versorgung.

In dem Artikel heist es auch, dass irgendwo in den Leitungen das Metan und der Sauerstoff sogar verdampft werden, damit sie als solcher in die Triebwerkskammer kommen, vermutlich nach der Pumpe.
http://www.golem.de/news/spacex-warum-elon-musks-marsplan-keine-science-fiction-ist-1609-123509-2.html

Grüße aus dem Schnee

Der Artikel beschreibt das Raptor Triebwerk als "full-flow cycle", also Hauptstrom mit vollständiger Vorverbrennung, auf der LOX-Pumpen Seite mit Sauerstoff-Überschuss, auf der Methan-Pumpen Seite mit Methanüberschuss. Das geht, hat gewisse Vorteile, aber ist sehr kompliziert und bisher nie mit LOX gemacht worden. Die Russen haben es mal mit dem RD-270 mit lagerfähigen Treibstoffen probiert (1962-71). Quasi alle Tests waren Fehlschläge da die Technik nicht beherrscht. Das Projekt wurde erfolglos abgebrochen.
Beim full-flow cycle wird der ganze Treibstoff in zwei Gasgeneratoren verdampft, nicht in Leitungen. Diese beiden Gase treiben dann erst die beiden Turbinen an, bevor sie in der Brennkammer miteinander verbrennen.

(...)von Normal-LOX zu Subcooled-LOX der Schub von Merlin deutlich zugelegt hat, aber der ISP gerade mal um 1 Sekunde.

Der ISP ist quasi der Schub pro Masse an Treibstoff. Aber da 1 KG Treibstoff ja 1 KG bleibt, egal ob er heißt oder kalt ist, ändert sich der ISP nicht. (Die ISP Änderungen kommen von verändertem Verhältnis LOX zu RP1 würde ich vermuten)

Der Schub ist aber quasi die Treibstoffmasse pro Zeit. Da der Treibstoff sich zusammenzieht, kann die Pumpe mehr fördern, somit steigt der Schub.

Aber daß daher im All unterkühlter Treibstoff egal ist, glaube ich nicht. Zumindest, wenn im Orbit getankt wird. Denn unterkühlt kann man mehr tanken. Und mit mehr Treibstoff komme ich auch weiter.

Aber ich würde Zustimmen, daß es egal ist, ob der Treibstoff warm wird beim Flug. Denn wenn der warm wird, ist ja schon etwas verbrannt, es ist dann also genügen Platz im Tank vorhanden. (Mal außer acht gelassen, daß kalter Treibstoff vielleicht eine bessere Verbrennung machen könnte, oder die Düse besser kühlt, das weiß ich nicht).

Fazit: Unterkühlter Treibstoff ist (Die Qualität der Verbrennung außer Acht gelassen) nur beim Start wichtig. Beim Start am Boden und auch beim Start nach dem Tanken im All.

Werden bei solchen Tests wie bei dem Raptortest am Sonntag die Turbopumpen mitgetestet?

Das Video der Testzündung gibt es jetzt auch in 1080p auf YT:


https://www.youtube.com/watch?v=Sq36pxUO5cg

Werden bei solchen Tests wie bei dem Raptortest am Sonntag die Turbopumpen mitgetestet?

Wie sollte denn das Triebwerk ohne die Turbopumpen überhaupt laufen?

Zitat von: Sensei am 28. September 2016, 23:33:01

Werden bei solchen Tests wie bei dem Raptortest am Sonntag die Turbopumpen mitgetestet?

Wie sollte denn das Triebwerk ohne die Turbopumpen überhaupt laufen?

Sehr wahrscheinlich war der Test ohne Pumpen. Der Druck kann auch vom Prüfstand bereitgestellt werden. Ich vermute es war einfach ein Test der Brennkammer. Es dauert wahrscheinlich noch 1-2 Jahre bis alle Teile zusammengestestet werden.

Zitat von: Sensei am 28. September 2016, 23:33:01

Werden bei solchen Tests wie bei dem Raptortest am Sonntag die Turbopumpen mitgetestet?

Wie sollte denn das Triebwerk ohne die Turbopumpen überhaupt laufen?

Druck kann auch anders aufgebaut werden als durch flugfähige, schwierig herzustellende, Full-Flow Turbopumpen.

Die Teile der Turbopumpen wurden schon vor über einem Jahr das erste mal getestet, ich glaube nicht das die hier gefehlt haben.

Täuscht der Eindruck oder ist das da grün im Abgasstrahl zu Beginn?
Auf einer der Folien war doch Funkenzündung für den Raptor angekündigt, oder täusche ich mich?

Täuscht der Eindruck oder ist das da grün im Abgasstrahl zu Beginn?
Auf einer der Folien war doch Funkenzündung für den Raptor angekündigt, oder täusche ich mich?

Ganz am Ende lässt sich aber auch ein Grünstich erkennen. Wird also einen anderen Grund haben.

Vielleicht wird gegen Verbrennungsinstabilitaeten oefters TEA-TEB eingespritzt?
Ansonsten hat die Flammfaerbung von Kupfer dieses blaugruen, ist nicht diese Hoechsttemperaturlegierung auf Kupferbasis?

Wikipedia, de

Hallo,

eine Einspritzung von TAB-TEB halte ich für ausgeschlossen, da ein Triebwerk das mit Zündfunken funktioniert wohl kaum einen Tank und eine Einspritzeinrichtung für das Borzeug verbaut haben wird.

Falls Kupfer an Oberflächen mit legiert wurde, könnte beim ersten Anlassen schon das eine oder andere Cu-Molekül zu grünem Leuchten angeregt werden.

Viele Grüße

Mario

eine Einspritzung von TAB-TEB halte ich für ausgeschlossen, da ein Triebwerk das mit Zündfunken funktioniert wohl kaum einen Tank und eine Einspritzeinrichtung für das Borzeug verbaut haben wird.

Hmm, ich würde mir einen Entwicklungsteststand so wünschen, daß man verschiedenartige Triebwerksarten in verschiedenen Komplettierungszuständen mit allen denkbaren Medien und Drücken sicher versorgen kann. Es ist doch immer einfacher erst einzelne Komponenten auszutesten, speziell auch was die Einsatzgrenzen betrifft. Man ist dann z.B. nicht auf die Leistungsdaten einer konkreten zu dem Zeitpunkt verfügbaren flugfähigen Turbopumpe beschränkt.  Dann erhält man klare Übergabeparameter (und Grenzwerte) zwischen den einzelnen Bereichen und kann die endgültigen Komponenten auch kosten- und gewichtsmäßig besser optimieren.

Bei der Turbopumpe dürfte z.B. bei einem wiederverwendbaren Gerät insbesondere deren Fähigkeit interessant sein, Grenzzustände gut zu überstehen. Die Lager und Dichtungen muß natürlich insbesondere für den Standardbetrieb ausgelegt sein, sie muß aber die kritischen Zustände beim Start ebenfalls ohne Schäden überleben. (Beim PKW-Verbrennungsmotor entspricht ja ein Kaltstart verschleißmässig ebenfalls X gefahrenen Kilometern.)  Das kann man kaum mit einem kompletten Triebwerk testen, man muß nur die mögliche auftretende "Unterversogung" gut simulieren können.

Welchen Zustand wir jetzt beim Test gesehen haben, werden wir vermutlich nie erfahren. Da es aber noch lange nicht fertig ist, habe ich Zweifel, daß das Triebwerk jetzt schon so aussieht, wie es später verbaut wird.

Das Triebwerk wird sich aller Wahrscheinlichkeit nach kaum noch verändern.

Zu bedenken ist, dass bereits letztes Jahr ausgiebige Tests mit Baugruppen, wie der Vorverbrennung gemacht wurden, so wohl auch die Turbopumpen.
Jetzt hat man das Triebwerk vollständig zusammengebaut und das erste mal geszündet. Vermutlich in einem Bereich des sicheren Betriebs. zb 50%. Merkbar mehr als 20%, damit es keine Stöhrungen gibt, weil man zu sehr gedrosselt hat, aber auch keine Hundert Prozent, damit der Kammerdruck nicht zu hoch gefahren wird bei diesem Show-test, denn hier ging es fast nur um das "hey, wir testen es schon".
Jetzt wird mit diesem Triebwerk viel getestet und feinjustiert.
Komponenten groß Umdesignen wäre jetzt kritisch spät, da sie 2018 das Schiff schon am Boden testen wollen.

Grüße aus dem Schnee

Hallo,

eine Einspritzung von TAB-TEB halte ich für ausgeschlossen, da ein Triebwerk das mit Zündfunken funktioniert wohl kaum einen Tank und eine Einspritzeinrichtung für das Borzeug verbaut haben wird.

Falls Kupfer an Oberflächen mit legiert wurde, könnte beim ersten Anlassen schon das eine oder andere Cu-Molekül zu grünem Leuchten angeregt werden.

Viele Grüße
Mario

Vielleicht wird gegen Verbrennungsinstabilitaeten oefters TEA-TEB eingespritzt?

TEA-TEB ist ein hypergoler Treibstoff mit dem man LOX-Methan zünden kann. Dann brennt das für Sekundenbruchteile bevor die Verbrennung mit lOX-Methan weiterläuft. Mit Verbrennungsinstabilitäten, bzw. deren Vermeidung, hat das nichts zu tun. Und wenn Raptor eine Zündkerze mit Funken hat, dann braucht es kein TEA-TEB.

Grün in der Flamme deutet üblicherweise auf Abrand von Kupferlegierungen hin. Die brennenden Moleküle gehen dann auch verloren (sie schmelzen und verdampfen) Das kann am Anfang bei einem Testtriebwerk sein wenn irgendwo noch Spämne überstehen, die brennen dan ganz schnell ab und dann ist alles o.k. Es kan aber auch ein Effekt der automatischen Beleuchtugseinstellung der Kamera sein. Solche Kameras sind meistens mit der Beleuchtung einer Triebwerksflamme überfordert.

Das Triebwerk wird sich aller Wahrscheinlichkeit nach kaum noch verändern.
...

Komponenten groß Umdesignen wäre jetzt kritisch spät, da sie 2018 das Schiff schon am Boden testen wollen.

Ich meinte kein großes Umdesignen, ich rede gerade von der Feinjustierung. Um z.B. die Turbopumpen zu optimieren, ist es aber sicher sinnvoll, das leise und in einem geschlossenem Kreislauf zu tun. Da geht es bei den Dichtungen z.B. um verschiedene Kombinationen der Gleitwerkstoffe, eine etwas andere Geometrie der Dichtung, Oberflächenbehandlungen, sowas. Bei den Lagern ist es vermutlich ähnlich. Das sind dann doch Testreihen, die keinen Echtbetrieb vom ganzen Triebwerk erfordern, aber doch einigermaßen realistische Druck- und Medienverhältnisse. Die kann so ein Teststand leicht bereitstellen.

Bilder von reddit/NSF zum Raptor:




Die LOX-Vorbrennkammer, inklusive Pumpe und Turbine ist direkt über der Hauptbrennkammer. Die Brennstoff-Vorbrennkammer ist seitlich wie auch beim Merlin 1D. Die Treibstoffpumpe ist zweistufig, die Sauerstoffpumpe nur einstufig - liegt wahrscheinlich an den Druckverlusten des Treibstoffes in den Kühlkanälen und der geringeren Dichte von Methan.

Hoch Interessanter Artikel über Entwicklung des SpaceX Raptor Triebwerkes:

  https://www.nasaspaceflight.com/2016/10/its-propulsion-evolution-raptor-engine/

Verstehe ich richtig, das dies ein auf 1MN herrunterscalierter Raptor war?
1MN ist immer noch heftig, aber dennoch, klang es bisher, dass es ein voll ausgewachsener Raptor sei. 
Meine mich auch zu errinern, das das Skalieren als schwierig angesehen wurde.

Grüße aus dem Schnee

Verstehe ich richtig, das dies ein auf 1MN herrunterscalierter Raptor war?

Das verstehst du richtig.

Laut reddit und NSF Artikel (nochmal bestätigt im NSF Forum auf Nachfrage) ist der Raptortest tatsächlich ein Test mit der kompletten Pumpenanlage, Turbinen und Vorbrennkammer. Also ein echter full flow staged combustion Test, das ist in der Tat sehr beeindruckend!

Die Pumpenanlage hat eine Leistung von 27 MW für 1 MN Schub und kann ermöglicht wohl tatsächlich 300 bar Brennkammerdruck laut NSF.

Angeblich wird noch TEA/TEB Zündung bei diesem Prototypen benutzt, der vollen BK Druck ist auch noch nicht getestet worden.

Man vergleiche Raptor und BE-4:


Das ist allerdings nicht der Raptor-Prototyp mit 1 MN, sondern der full scale Raptor mit 3 MN.

BE-4 hat eine monströse Vorbrennkammer, Turbine und Pumpe, das Raptor-Triebwerk ist viel kompakter, kleiner und hat mehr Schub. Bei Blue Origin ist man wohl etwas konservativer vorgegangen.

Bei Raptor ist laut NSF 40% der Masse 3D gedruckt.

Ich bin mir sicher dass dieser herunterskalierte 1.000 kN Raptor dann auch für die Falcon 9 und Heavy Oberstufe kommt. Gabs da nicht auch vor einiger Zeit ein Programm wo die Airforce einige Rumfahrtfirmen mit Geldern gefördert hat, und bei SpaceX ging es konkret darum ging den Raptor auf Falcon Heavy Oberstufe zu bringen?

Die dann neu zu entwickelnde Oberstufe könnte dann auch gleich ohne dieses blöde Heliumsystem ausgelegt werden

In weiterer Folge spräche ja auch nicht dagegen auch de Erststufe mit dem kleinen Raptor auszustatten.

So eine Raptor-Falcon, dann vielleicht auch noch mit den Faserverbund-Tanks sollte deutlich leistungsfähiger sein und hätte so mehr Reserven für Landungen an Land oder "sanftere" Landungen auf den ASDS. Da würde dann die Heavy wohl auch unnötig für die meisten NUtzlasten, die bräuchte man dann eigentlich nur noch für die Red Dragon bis dann das ICT kommt.

Oder die FH kommt dann gar nicht mehr, wenn die F9 mit Raptoren ausgestattet wird...

Oder die FH kommt dann gar nicht mehr, wenn die F9 mit Raptoren ausgestattet wird...

Für Red Dragon wäre wohl aber auch eine voll beraptorte Falcon 9 zu schwach, für solch hochenergetische Bahnen sind zwei Stufen einfach nicht optimal. Also zumindest für Red Dragon brauchen sie die Heavy. Und Red Dragon sehe ich als überaus wichtig für das ITS an.