Wiederzündbarkeit. Triebwerke mit Kryotreibstoffen

Eine Frage an die Experten der Triebwerkbau. Die Wiederzündbarkteit der Triebwerke mit flüssigen Treibstoffen wird durch "Sammel"-Zündungen gewährleistet. Was ich mich schon ein Paar mal gefragt habe, wie es bei den Kryogenen Treibstoffen so abläuft?

 Egentlich wird der flüssiger Treibstoff irgendwann mal gasformig. Und es kann sich ein ordentlicher Druck aufbauen, so dass man ohne Pumpen, sondern mit Flussreglern und Ventilen den Triebwerk wieder zünden könnte. Ich habe jetzt an so was wie parallele Leitungen (an den Turbopumpen vorbei) gedacht...

Ich sehe selbst an der ganzen Geschichte einige Schwirigkeiten: was ist, wenn nicht der koplette Treibstoff/Oxidator sein Zustand geändert hat (probleme mit der Regelung der Stoffmenge = Schubregelungsprobleme), wo zapft man die Gasleitungen an die Tanks an, wie stark dürfen die Drücke in dem Tank ansteigen, wie stark ist der Gasverlust durch die Tankwände...und mehr.

Doch für unmöglich halte ich das Ganze nicht. Ich verspreche mir davon weitere Nutzlastgewinne durch das Ausnutzen von den Restreibstoffen (die da eben dann gasformig wären), die man aber heute noch in etwa in Prozentenbereich unverbraucht verliert.

In dem Sinne konkrete Fragen. Gibt es so was? Wie ist es realisiert, und zu mindest wie sind die Momente gelöst worden, die ich oben als problematisch angedeutet habe?

Schon mal vielen Dank voraus.

Hallo Yev,

also mit Triebwerken kenne ich mich wenig aus. Ich gebe aber Folgendes zu bedenken:

• Der Druck im Inneren kann ja nur durch Erwärmung und Verdampfung entstehen. Im Allgemeinen ist das sehr gefährlich. Durch solche Zustände explodiert ein Tank eher. Deswegen werde z.B. Flugzeuge auch nie mit leeren Tanks abgestellt, sondern immer betankt, um die Gasbildung zu verhindern. Bei Raketenstufen wird heute der Resttreibstoff oft angelassen, um diese Gasbildung zu verhindern.
• Das von dir beschriebene Verfahren ist unzuverlässig. Man wäre immer unsicher, wie viel Treibstoff im Tank verblieben ist. Außerdem wäre man über den Druck und damit das Betriebsverhalten der Treibstoffförderung unsicher.
• Der Druck, den die Turbopumpen im Triebwerk bei normaler Förderung erzeugen, wird im Tank durch Erwärmung nicht entstehen. Dabei würde er zerplatzen. Durch reine Druckgasförderung wird heute ja auch keine Rakete mehr betrieben (nach meinem Wissen).

Oder habe ich deine Idee falsch verstanden?

Mahlzeit!


Also diese Turbopumpen heißen nicht nur Turbopumpen weil sie nach dem Turboprinzip arbeiten sondern auch weil es nunmal Hochleistungspumpen sind. Vielleicht könnte man einen Tank so Konstruieren, daß der Druck des verdampfenden Treibstoffs ausreicht um ihn in ausreichender Menge in die Triebwerke zu befördern, aber dieser Tank wäre dann wohl schwerer als die eingesparten Turbopumpen.

Der Treibstoff wird vorsorglich aus den ausgedienten Raumflugkörpern gelassen, damit es nicht zu einer ungewollten Explosion kommen kann um zu verhindern, daß noch mehr Weltraummüll die Raumfahrt gefährdet. Es ist einfach eine Vorsichtsmaßnahme.

Ein voller Benzintank auf der Erde kann nicht explodieren, weil im Tank kein Sauerstoff ist. Ohne Sauerstoff keine Verbrennung und ohne Verbrennung keine Explosion. Es brennt dann nur der austretende Kraftstoff, da nur er in Berührung mit Luft (also auch mit Sauerstoff) kommt. Leert sich der Benzintank zunehmend strömt Luft in den Tank und es bildet sich mit dem verdunsteten Benzin ein Kraftstoff-Luft-Gemisch wie im Hubraum des Motors. Bei einem fast leeren Tank besteht also sehr wohl eine hohe Explosionsgefahr. Ein entladener Tanklaster ist also bedeutend gefährlicher als ein voll beladener. Obwohl ich da auch nicht in der Nähe sein möchte wenn mal so einer Feuer fängt.


Gruß
Peter

Danke, Leute. Daniel, du hast meine Fragen richtig verstanden.

Ich wollte es schon selbst abschätzten was da für Drücke entstehen können, welche Wanddicken, aus welchen Material, ob es auszuhalten wäre...aber dann habe ich gemerkt - es sind einfach so viele wenn und aber, dass es einfach eine Meinung der Fachleute einhollen soll...


...ihr wisst schon, nicht das ich schon wieder einen Mond-Elektro-Quadro-Fahrad erfinde und erst nach 2 Wochen Berechnungen und Betrachtungen der Demensionierung feststelle, dass es gar keinen Gewinn bringen würde

Moin moin,

Daniel

Durch reine Druckgasförderung wird heute ja auch keine Rakete mehr betrieben

... zumal der Wirkungsgrad von druckgasgeförderten Triebwerken relativ schlecht ist (niedriger Isp). Man setzt diese Technik deshalb nur noch bei Oberstufen ein, aber auch da fällt mir auf Anhieb und ohne Net-search nur die EPS der Ariane-5 ein. (siehe: http://www.bernd-leitenberger.de/ariane5.shtml)

Vorteil sind die simple Bauweise und die Zuverlässigkeit.  

Gruß
roger50

Da ergibt sich für mich eine raumfahrthistorische Frage: die in den Oberstufen der Saturn IB und der Saturn V verwendeten J2- Triebwerke arbeiteten mit kryogenen Treibstoffen - und waren, wenn ich es richtig in Erinnerung habe, wiederzündbar. Das J2 der S IV-Oberstufe brannte bei Mondflügen nach der Trennung von der zweiten Stufe zum ersten Mal für den Einschuss in die Parkbahn. Später wurde es für das Verlassen der Parkbahn in Richtung Mond nochmals gezündet.

Frage: Wie hat man das damals hinbekommen?

Nachtrag: Entschuldung, ich habe mein Missverständnis beim nochmaligen sorgfältigen Lesen selbst erkannt: Der in den gasförmigen Zustand übergangene Wasserstoff blieb bei der S IV-B offensichtlich einfach "ungenutzt".