Raptor - SpaceXs Methantriebwerk

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #975 am: 13. Dezember 2022, 10:20:29 »
Ein Startversuch wird wohl tatsächlich heuer nicht mehr erfolgen, aber ein 33er-SF?
Warum eigentlich nicht?
Soooo viel spricht da glaube ich nicht mehr dagegen.


Ich wäre schon glücklich, wenn dieser Milestone bis Ende Februar erreicht sein wird.
Artemis-1 - seither sehen alle Apollo-Zweifler alt aus :-)

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Offline alepu

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #976 am: 30. Dezember 2022, 21:56:54 »
Ist halt leider heuer tatsächlich nix mehr mit dem 33er-SF geworden.  :"(
Aber dafür wird in McGregor fleißig getestet und Neues ausprobiert.


www.youtube.com/watch?v=OOol0ZF0a-U

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Offline alepu

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #977 am: 14. Januar 2023, 17:27:55 »
Verschiedene Raketenmotorenteststände in Aktion.
Fleissiges Testen der Raptoren, auch über längere Zeit, wiederholt und bis zum RUD
Darüberhinaus wird wohl auch getestet wie die Einwirkung des Plasmastrahles auf verschiedene Materialien ist.


https://m.youtube.com/watch?v=bQSYGdk1qZc

Offline Kelvin

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #978 am: 12. Februar 2023, 02:42:13 »
Der Schub eines Raketentriebwerks wird über die Drehzahl der Turbopumpen,
also mit den Steuerventile geregelt. Ohne Steuerventile könnte man Triebwerke
weder abschalten noch anschalten.

Gibt es dafür eine Quelle? Ich bin bisher immer davon ausgegangen, daß es für jedes Medium so etwas wie eine Einspritzdüse gibt und die Pumpen "nur" einen ausreichenden Druck halten müssen. (Der natürlich immer höher sein muß, als der Druck in der Brennkammer.) Also etwa so, wie ein Commonrail-Diesel funktioniert, nur eben für jedes Triebwerk einzeln.

Zwei Gründe, die mich dazu bringen:

1) Ich halte das Regelsystem "Ventil in der Gaszuleitung" + Trägheitsmasse des Pumpenrotors" für viel zu langsam und ungenau. Speziell beim Landen. (Kann mich da natürlich irren.)

2) Diese Aufbau würde die Entscheidung kaum verständlich machen, die äußeren Triebwerke aus Kostengründen ungeregelt auszuführen. Der Kostenunterschied zwischen einem einfachen "auf/zu Ventil" in der Gaszuleitung - und einem der diese Bewegung stufenlos ausführen kann, dürfte nicht entscheidend sein. Das wäre doch nur mit einer etwas anderen Ansteuerung erledigt, die sich außerdem in einer relativ zivilen Umgebung befindet. Jedes "auf/zu Ventil" hat ja naturgemäß bereits auch "Zwischenzustände", auch wenn der Durchlass üblicherweise im Interesse einer gleichmäßigeren Regelbarkeit etwas anders geformt ist. Da ist ein zusätzliches Steuerventil unmittelbar an der Brennkammer schon eine ganz andere Kostenkategorie.   

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Online Nitro

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #979 am: 12. Februar 2023, 12:00:25 »
Der Schub eines Raketentriebwerks wird über die Drehzahl der Turbopumpen,
also mit den Steuerventile geregelt. Ohne Steuerventile könnte man Triebwerke
weder abschalten noch anschalten.

Gibt es dafür eine Quelle?

Matjes ist vom Fach, daher kann man der Aussage glauben schenken.

Und ja, die Turbopumpen und Steuerventile regeln den Schub.

Das kann so nicht stimmen, die äuseren 20 Triebwerke  können weder geneigt, noch kann der Schub (viel) geregelt werden.

Wie oben schon erwähnt sollte jedes Triebwerk bis zu einem gewissen Grad im Schub regelbar sein, das liegt einfach dem Funktionsprinzip der Turbopumpen zugrunde.
Bevor man einen Beitrag letztendlich abschickt sollte man ihn sich noch ein letztes Mal durchlesen und sich dabei überlegen ob man ihn genau in diesem Wortlaut auch Abends seinem Partner und/oder Kindern ohne Bedenken vorlesen würde.

Offline Kelvin

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #980 am: 12. Februar 2023, 13:03:05 »
Der Schub eines Raketentriebwerks wird über die Drehzahl der Turbopumpen,
also mit den Steuerventile geregelt. Ohne Steuerventile könnte man Triebwerke
weder abschalten noch anschalten.

Gibt es dafür eine Quelle?

Matjes ist vom Fach, daher kann man der Aussage glauben schenken.

Und ja, die Turbopumpen und Steuerventile regeln den Schub.

Das überzeugt mich, wenn es um langsame Regelvorgänge geht. So etwa wenn man bei Max-Q den Schub drosseln muß. Ich habe aber ein Video gesehen (und gestern erfolglos danach gesucht) in dem zu sehen war, wie in McGregor der Schub "gepulst" wurde, schätzungsweise im max/min Bereich und vielleicht 2x pro Sekunde. (Also 2 volle Durchgänge, 4 Druckwechsel.) Da habe ich schon noch Zweifel, ob das der Läufer der Turbopumpe und die "gasbedingten Elastizitäten" mitmachen würden. Einen solchen Bedarf gibt es derzeit natürlich nur bei SX.

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Offline Klakow

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #981 am: 12. Februar 2023, 15:55:29 »
Der Schub eines Raketentriebwerks wird über die Drehzahl der Turbopumpen,
also mit den Steuerventile geregelt. Ohne Steuerventile könnte man Triebwerke
weder abschalten noch anschalten.

Gibt es dafür eine Quelle?

Matjes ist vom Fach, daher kann man der Aussage glauben schenken.

Und ja, die Turbopumpen und Steuerventile regeln den Schub.

Das kann so nicht stimmen, die äuseren 20 Triebwerke  können weder geneigt, noch kann der Schub (viel) geregelt werden.

Wie oben schon erwähnt sollte jedes Triebwerk bis zu einem gewissen Grad im Schub regelbar sein, das liegt einfach dem Funktionsprinzip der Turbopumpen zugrunde.
Das jedes Flüssigkeitstriebwerk regelbar sein muss ist schon klar, aber damit das über einen großen Schubbereich möglich ist, braucht es eben etwas andere Hardware und genau dies wurde hier im Forum auch schon gepostet.
raptor

Offline Matjes

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #982 am: 13. Februar 2023, 22:22:22 »
Hallo Kelvin

Leider kenne ich die konkrete Technik von SpaceX nicht. Leider. Mein Wissen beschränkt sich auf A4, Saturn 5, Ariane 5
und Ariane 6. Und ich kenne auch viele russische Triebwerke. Der Einspritzkopf eines Triebwerks mit einem Schub von 160 t
und mehr ist nicht mit einer Einspritzdüse eines Auto vergleichbar. Es fließen mehrere 100 kg Treibstoff pro sec in die Brennkammer.
Die Aufgabe des Einspritzkopf ist es, diese wirklich große Menge an Treibstoff mit so wenig Druckverlust wie möglich
in die Brennkammer zu kriegen und trotzdem für eine gute Mischung (klassisch durch Verwirbelung) zu sorgen,
damit die Verbrennung beim angepeilten stöchometrischen Verhältnis optimal erfolgt. Die Leistungsregelung
eines Haupttriebwerk ist nicht Aufgabe des Einspritzkopf.

So wie geht das? Klassisch durch die Kontrolle der Drehzahl der Treibmittelpumpe. So lernt man das in der Uni.
Jetzt behauptest Du, dass SpaceX die Leistung eines 300 t Triebwerks mit einer Frequenz von 2 Hertz regeln kann.
Tut mir leid, aber ein Triebwerk mit einer Leistung von 300 t an- und abzuschalten innerhalb 125 msec ist nicht das,
was ich an der Uni gelernt habe. Anschalten - Halten - Abschalten - Halten - Anschalten - Halten - Abschalten - Halten.
Und dass mit einem 300 t Triebwerk in einer Sekunde. Tut mir echt leid, aber das kann ich mir nicht vorstellen.

Schnelles An-und Abschalten kenne ich nur von RCS-Triebwerken (Reaction Control System). Die haben maximal
einen Schub von 400 N (also 40 kg). Die Kleinsten kenne ich mit 0,02 N (2 g). Meistens Mono Propellant mit Katalysatorbett.
Gibt es aber auch als Bipropellant. Solche Triebwerke feuern bei Annäherungen an die ISS. Also zur Lageregelung bei Kopplungen
von Fahrzeugen. Meistens brauchen diese Triebwerke gar keine Pumpen. Der Druck kommt direkt aus dem Tank.
Man braucht zur Regelung nur kleine aber dafür superschnelle Ventile. Bistabile Schaltzeiten bis runter 25 msec.

Matjes
« Letzte Änderung: 13. Februar 2023, 23:57:17 von Matjes »

Offline Kelvin

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #983 am: 14. Februar 2023, 01:29:18 »
Hallo Matjes,

in einem Punkt haben wir uns falsch verstanden: in dem Video aus McGregor wurde das Triebwerk nicht komplet ausgeschaltet, es pulsierte zwischen geschätzt 50% und 100% der Leistung. Und es wurde vom gleichen  Standunkt aufgenommen und es war der gleiche vertikale Prüfstand, an dem dort auch sonst die Raptoren getestet werden. Mit den Kühen im Vordergrund. Eine Verwechslung mit einer anderen Triebswerskategorie ist ausgeschlossen. Ich werde die Suche noch einmal starten, dummerweise sind die Videos ziemlich lang und es muß nicht unbedingt in der Überschrift erkennbar sein.

Wie ich schon schrieb, für den "normalen Bedarf" reicht die Regelung der Turbopumpe sicher aus, darüber brauchen wir nicht diskutieren. Ist das aber bei der weichen Landung der Falcon-Erststufe auch der Fall? Bei der ja außerdem das Triebwerk auch bei minimaler Leistung noch einen Leistungsübeschuß hat? Das geht meinem Gefühl nach nicht ohne eine Rückkoplung, bei der der Schub dynamisch (und schnell) den aktuellen Parametern angepasst wird. (Ich gehe natürlich davon aus, daß in diesem Punkt Merlin und Raptor als "Landetriebwerke" ähnliche Eigenschaften haben müssen.)

"Es fließen mehrere 100 kg Treibstoff pro sec in die Brennkammer.
Die Aufgabe des Einspritzkopf ist es, diese wirklich große Menge an Treibstoff mit so wenig Druckverlust wie möglich
in die Brennkammer zu kriegen und trotzdem für eine gute Mischung (klassisch durch Verwirbelung) zu sorgen,
damit die Verbrennung beim angepeilten stöchometrischen Verhältnis optimal erfolgt."


Sicher muß bei jedem Triebwerk für den max. Schub die ausreichende Menge Treibstoff im richtigen Mischungsverhältnis usw. usw. in die Brennkammer gelangen. Dafür muß naturgemäß alles ausgelegt sein. Das widerspricht aber nicht, nicht, nicht der Möglichkeit z.B. diesen "Einspritzkopf" so zu modifizieren, daß er zusätzlich in der Lage ist die Menge zu drosseln. Wie bei dem commonrail-Diesel eben. Mir ging es natürlich um das Konzept ("konstanter Vordruck + Drossel") und nicht um Größenordnungen. Ich kann dieser Argumentation also leider überhaupt nicht folgen. 

Entscheidend für mich ist, daß es wegen der (vermutlich von uns beiden) angenommenen Unmöglichkeit die Drehzahl der Pumpe schnell genug (diese ca.2 Hz, 50..100% Förderleistung) zu verändern, auch eine andere Möglichkeit geben muß, den Schub zu regeln. Ohne diese Möglichkeit kann die Landung nicht funktionieren, denke ich. Neben einigen etwas abseitigen Ideen kommt mir eine zusätzliche Drosselmöglichkeit dicht an der Brennkammer als eine naheliegende. pragmatische und reaktionsschnelle Lösung vor. Und technisch sicher beherrschbar.

Ich bin schon lange Rentner und habe mich zuletzt lange der Programmiererei gewidmet. Habe aber auch eine tschechische "mittlere technische Ausbildung" und habe mich danach beruflich (in Deutschland) lange auch Pumpen und dem Sonderanlagenbau gewidmet. Ich will damit nur sagen, daß meine Einschätzungen auch eine gewisse praktische technische Basis haben. Und daß ich durchaus in der Lage bin, RCS Triebwerke vom Raptor zu unterscheiden ;)   

Gruß Kelvin 

Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #984 am: 14. Februar 2023, 09:17:16 »
Hui, das geht aber tief in die Materie hinein.
Gut, dass wir so technisch spezifizierte  Forumsmitglieder haben.
Vielleicht sollten die Themen besser in den Raptorableger.
dann findet man diese Infos später auch besser wieder.

Danke dafür

Offline Matjes

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #985 am: 14. Februar 2023, 10:23:06 »
Hallo Kelvin

Vielen Dank für Deine Antwort. Beim Lesen der Antwort ist mir eine Idee gekommen.
Interessant könnte die Lageregelung der russischen Proton Rakete sein. Sie öffnen hinter der mit konstanter Drehzahl
laufenden Treibstoffpumpe ein Drosselventil und fördern einen Teil einer Brennstoffkomponente nicht in die Brennkammer,
sondern zurück in den Tank. Die Verbrennung wird dadurch ineffizient gemacht. Das ist schnell und macht keinen Waterhammer.
Man kann es auch gut sehen, da der Triebwerksstrahl seine Farbe ändert.

Es ist natürlich Spekulation, weil ich die Technik von SpaceX nicht kenne bzw. SpaceX keinen Einblick gibt,
aber so könnte es gehen.

Matjes

Offline Kelvin

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #986 am: 14. Februar 2023, 11:49:02 »
...Beim Lesen der Antwort ist mir eine Idee gekommen. Interessant könnte die Lageregelung der russischen Proton Rakete sein. Sie öffnen hinter der mit konstanter Drehzahl laufenden Treibstoffpumpe ein Drosselventil und fördern einen Teil einer Brennstoffkomponente nicht in die Brennkammer sondern zurück in den Tank.

Hallo Matjes, ich danke auch und ja! Das könnte die bessere Lösung sein, so ein "3-Wege Ventil" an der Stelle. Ich habe mir auch schon überlegt, daß das einfache drosseln der Pumpe nicht gefallen könnte. Denkbar wäre auch ein Überdruckventil irgendwo zwischen Pumpe und Drosselstelle oder eben Pumpe, die sich davon nicht beeindrucken läßt.

Die Verbrennung wird dadurch ineffizient gemacht. ... Man kann es auch gut sehen, da der Triebwerksstrahl seine Farbe ändert.

Ja, aber wenn das nur kurzzeitig an den kritischen Stellen passiert, ist das vielleicht tollerierbar. Ob man dann beide Treibstoffkomponenten so behandelt oder nur eine, das kann ich nicht gut beurteilen. Hängt wohl davon ab, ob man eine Rauchfahne akzeptieren möchte oder ob die Werkstoffe dort einen Sauerstoffüberschuß vertragen. Technisch optimal wäre vermutlich beide Komponenten zu regeln, das kostet aber natürlich extra. 

Gruß Kelvin

Der Umzug in den Raptor-Thread wäre bei dem Umfang natuerlich sehr sinnvoll, danke dafuer schon im Vorfeld :-)

Offline Mojschele

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #987 am: 14. Februar 2023, 15:32:40 »
Da die Triebwerke so lange als möglich halten sollen bei der angestrebten Wiederverwertbarkeit wird SpaceX die Triebwerke wohl immer nahe am - für Ihre Zwecke - Optimum laufen lassen wollen. Eine Drosselung od. wie oben geschrieben die teilweise Rückleitung in den Tank, nur einer Treibstoffkomponenten ist da sicher nicht hilfreich. Ich denke daher, das sowohl der Sauerstoff als auch das Methan simultan hoch- oder runtergeregelt werden.

Offline R2-D2

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #988 am: 14. Februar 2023, 16:15:06 »
Eine gute Beschreibung der Drosselmöglichkeiten von Triebwerken findet man hier:

https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwij25iXpJX9AhXDCOwKHb18CQg4ChAWegQIAhAB&url=http%3A%2F%2Fwww.aerospacechina.org%2FCN%2Farticle%2FdownloadArticleFile.do%3FattachType%3DPDF%26id%3D396&usg=AOvVaw3LzENQpFLBgIUpXLZJYUss
(evtl. geht dieser direkte Link nicht http://www.aerospacechina.org/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=396)
"A Review of Throttling Technology Development for Large-Thrust Liquid Rocket Engines"

Auf S.18/20 steht zum Raptor (sicher Raptor 1):
"The thrust is coordinately controlled by the throttle valves in the fuel feed line of the oxidizer-rich preburner and the oxidizer feed line of the fuel-rich preburner. Since the propellants are injected into the thrust chamber as gas, the thrust chamber has inherently good combustion stability, even though it uses fixed-geometry injectors."

„Der Schub wird durch die Drosselventile in der Brennstoffzufuhrleitung des oxidatorreichen Vorbrenners und der Oxidatorzufuhrleitung des brennstoffreichen Vorbrenners koordiniert gesteuert. Da die Treibstoffe als Gase in die Schubkammer eingespritzt werden, hat die Schubkammer inhärent gute Verbrennungsstabilität, obwohl Einspritzdüsen mit fester Geometrie verwendet werden."


Durch das Drosseln sollte sich das Mischungsverhältnis nicht oder nur minimal ändern.
« Letzte Änderung: 14. Februar 2023, 17:20:48 von R2-D2 »

Offline Matjes

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #989 am: 14. Februar 2023, 16:48:27 »
Hallo R2-D2

Die von Dir angegebene aerospacechina funktioniert bei mit nicht.

Offline SirFalcon

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #990 am: 14. Februar 2023, 17:31:55 »
Hallo R2-D2

Die von Dir angegebene aerospacechina funktioniert bei mit nicht.

Nach ein wenig HTML Ersetzung wird das zu diesem Direktlink:
www.aerospacechina.org/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=396&usg=AOvVaw3LzENQpFLBgIUpXLZJYUss
und der führt zu einem
A Review of Throttling Technology Development for Large-Thrust Liquid Rocket Engines.pdf

Das ist eine chinesische Studie

Offline Matjes

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #991 am: 14. Februar 2023, 21:49:02 »

Hallo R2-D2

Vielen Dank. Jetzt habe ich viel zu tun.

Offline Matjes

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #992 am: 19. Februar 2023, 21:10:41 »
Hallo

Jetzt habe ich das Paper der Chinesen über Schub-Regelung von leistungsstarken Triebwerken durch.
Leistungsgeregelte Triebwerke gibt es schon sehr lange. Hier nur eine kleine Auswahl:
Merlin 1D SpaceX, RD-180 Russia, SSME USA, YF-100 China. Vorteile: Minderung des Schocks bei
Stufentrennung, Steuerung der sanften Landung, besseres Verhalten beim Abschalten des Triebwerks.

Beschrieben werden in dem Paper zwei wesentliche Methoden der Leistungsregelung beschrieben.
Ganz klar ist die Drehzahlsteuerung der Förderpumpen die am häufigsten verwendete Methode.
Das wird erreicht durch Verminderung des Brennstoffs im Sauerstoffverdichter bzw. des Sauerstoff
im Brennstoffverdichter. Das ist die gut erprobte Technologie. Leider kommt es zu Schwingungsproblemen,
wenn man unter 50 % Schub kommt. Das zerreißt dann alles. Unter Anderem hat das damit zu tun, daß die
Einspritzdüsen bei niedrigerem Durchfluss nicht mehr gut verstäuben und die Komponenten weniger mischen. 
Das gibt dann eine raue Verbrennung.

Also ist man auf der Suche nach anderen Regelungsarten um noch tiefer zu drosseln. Idee:
Wir vermindern die Anzahl der Einspritzdüsen. Kleinerer Durchfluss - weniger Düsen - Problem behoben ?
Oder wir verändern die Geometrie der Einspitzdüsen. Im Paper wird das "Änderung der Steifigkeit" genannt.
In Frage kommt der flächenvariable Pintle-Injektor (erfolgreich bei RL10A-1 und SSME). Die erfolgreichste
Verwendung des Pintle-Injektor war das Apollo Mondlandungs-Triebwerk (LMDE - Lunar Module Descent Engine).
Es verwendete eine Venturi-Höhle mit variabler Fläche im Zufuhrsystem. Steuerbereich 10:1.
Das Merlin Triebwerk ist mit einem Pintle Injektor mit variabler Fläche ausgestattet und der Schub kann
um 75 % des Nennwert reduziert werden.

Weitere Methode: Einspritzen von Inertgas wie N2 oder He in den Treibstoffstrom.
N2 wurde in Tests bei  RL10a-1 (10:1) und He beim Rocketdyne SE-10 verwendet.
Weitere Methode: Veränderung der Geometrie bei den Einlasskrümmern (Penn State Uni) (10:1)
und es gibt auch noch viele Probleme. Hier nur Eines: bei Triebwerke mit Filmkühlung führt Drosselung
zu thermischen Problemen.

Ich hoffe, dass Euch das Lesen Spass gemacht hat.

Matjes



 
« Letzte Änderung: 19. Februar 2023, 23:33:08 von Matjes »

Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #993 am: 19. Februar 2023, 22:12:53 »
Danke. Für mich war es sehr interessant.
Ohne Fachwissen gab es mir dennoch einen Blick dafür, dass die Dinge vor allem harte Entwicklungsarbeit und nicht einfach per App gelöst werden können.

Offline Mojschele

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #994 am: 20. Februar 2023, 09:46:52 »
Ich hoffe, dass Euch das Lesen Spass gemacht hat.
Matjes

Ich komme aus der KFZ-Branche kann aber deinen Erklärungen recht gut folgen - Danke dafür!  :)

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Offline alepu

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #995 am: 25. Februar 2023, 19:21:59 »
Langzeittests von Raptor (und Merlin)


www.youtube.com/watch?v=facqAaVWURg

Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #996 am: 13. März 2023, 01:31:50 »
@Matjes: Danke für die Zusammefassung!

Hier ist ein Artikel zum Pintle-Injektor: https://en.wikipedia.org/wiki/Pintle_injector

Der Pintle-Injektor soll weniger Probleme mit Oszillationen und Verbrännungsinstabilitäten bei verändertem Durchfluss haben und ist deswegen für regelbare Triebwerke besonders geeignet.

Regelbarkeit macht ein Triebwerk aufwendiger und damit teurer-das sollte bei Wiederverwendung aber weniger ins Gewicht fallen.

Offline proton01

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #997 am: 13. März 2023, 07:28:37 »
@Matjes: Danke für die Zusammefassung!

Hier ist ein Artikel zum Pintle-Injektor: https://en.wikipedia.org/wiki/Pintle_injector

Der Pintle-Injektor soll weniger Probleme mit Oszillationen und Verbrännungsinstabilitäten bei verändertem Durchfluss haben und ist deswegen für regelbare Triebwerke besonders geeignet.

Regelbarkeit macht ein Triebwerk aufwendiger und damit teurer-das sollte bei Wiederverwendung aber weniger ins Gewicht fallen.
Das Problem bei der Drosselung ist daß man einen gewissen Teil des Brennkammerdrucks als Druckverlust im Einspritzystem benötigt, um Brennkammer-Druckschwingungen (Verbrennungsrauhigkeit) vom Fördersystem zu entkoppeln. Dafür gilt daß der Druck proportional zum Massenstrom ist (halber Treibstoff-Massenstrom --> halber Verbrennungsdruck - im Prinzip, es gibt weitere sekundäre Einflußgrößen). Bei flüssigen Treibstoffen ändert sich der Druckverlust mit dem Quadrat des Massenstroms: halber Massenstrom --> 1/4 Druckverlust; wenn bei vollem Massenstrom der Druckverlust 10% des Brennkammerdrucks war, ist er bei 50% Massenstrom nur noch 5%.
Bei gasförmigen Treinstoffen ändert sich der Druckverlust linear mit dem Massenstrom, damit bleibt der prozentuale Druckverlust konstant.
Raptor nutzt das aus indem beide Treibstoffe in zwei unterschiedlichen Gasgeneratoren vorverbrannt werden, somit wird gasförmiges sauerstoffreiches Verbrennungsgas und gasförmiges methanreiches Verbrennungsgas eingespritzt, damit wird die Drosselung einfacher.

Die im chinesischen Artikel beschriebene Steuerung der Pumpen und Turbinen ist nur Mittel zum Zweck um den Massenstrom zu reduzieren, indem man die Turbinenleistung reduziert (Verringerung der Temperatur der Turbinengase aus den Gasgeneratoren durch Änderung des Mischungsverhältnis). Die weiteren Methoden wie pintle-Injektor, zusätzliche Gaseinspritzung, usw., dienen nur dazu den Druckverlust aufrecht zu erhalten. Diese haben aber auch Nachteile wie  z.B. einer Verringerung des Verbrennungswirkungsgrad.

Offline Ingo

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Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #998 am: 13. März 2023, 09:27:56 »
Der Pintle-Injektor soll weniger Probleme mit Oszillationen und Verbrännungsinstabilitäten bei verändertem Durchfluss haben und ist deswegen für regelbare Triebwerke besonders geeignet.
Nicht der Pintle Injector selbst eignet sich für Regelbarkeit, es ermöglicht den notwendigen Zwischenschritt. Ein Pintle-Jet mit Tellerfeder, wodurch sich die Ringspalte in Abhängigkeit vom Treibstoffdruck / Hydraulikdruck ändern. Dadurch ist auch bei tiefer Drossel (geringer Durchfluss) eine gute Durchmischung gegeben, was scheinbar Verbrennungsinstabilitäten / Oszillationen verhindert.
Im Bild unten "Spring" ist die Tellerfeder, welche durch den Treibstoffdruck (Fuel) zusammengedrückt wird, wodurch sich das Außenrohr nach hinten verschiebt und dadurch der Ringspalt von Treibstoff und Oxidator vergrößert. Der Nachteil ist vermutlich, dass es nur eine Düse gibt - Racketentriebwerke haben sonst meist sehr viele Düsen.

Quelle: https://space.stackexchange.com/questions/22199/pintle-injector-face-shut-off-merlin
« Letzte Änderung: 13. März 2023, 14:03:20 von Ingo »

Re: Raptor - SpaceXs Methantriebwerk
« Antwort #999 am: 14. März 2023, 01:03:47 »
@ingo @Proton: Danke für die Ergänzungen.

Worauf ich mich bezogen habe ist, dass die Einspritzung bei einem zentralen Pintle-Injektor sich wohl günstig auf die akustische Stabilität in der Brennkammer auswirken soll.
In dem Pdf wird das auf Seite 6 und 19 erwähnt: http://www.rocket-propulsion.info/resources/articles/TRW_PINTLE_ENGINE.pdf