PDE (Impuls-Detonations-Triebwerk)

Ich wollte euch mal auf einen neuen Triebwerkstyp aufmerksam machen. Bei einem PDE (pulse detonation engine / Impuls-Detonations-Triebwerk) handelt es sich um ein Triebwerk, dass sowohl im unter -als auch im Überschallbereich effizient arbeiten kann. Nachteil: Es ist exorbitant laut. Bei diesem Triebwerk werden Treibstoff und Luft gemicht und dann zu einer Explosion gebracht, deren Schockwelle man zum Antrieb benutzt. Am 31. Januar fand ein Testflug mit einer LongEZ in der Mojave Wüste statt. Das Projekt war eine Kooperation von AirForce und ScaledComposites (wem auch sonst). Dieses Flugzeug wird nun als erfolgreicher Technologiedemonstrator im Museum landen. Es wird allerdings an einem Nachfolger gearbeitet.

Quelle:
http://www.afmc.af.mil/news/story_print.asp?id=123098900
http://mojaveskies.blogspot.com/2008/05/air-forcescaled-composites-pde-long-ez.html

Hier einige Bilder:
https://images.raumfahrer.net/up017012.jpg
https://images.raumfahrer.net/up017013.jpg
http://i31.tinypic.com/yo01t.jpg

BilderQuelle:
Alan Radecki
http://mojaveskies.blogspot.com/

Man soll so Mach 4 erreichen. Würde sich ja vielleicht auch für suborbitale Raumfahrt eignen?

Tja, das hatte doch schon die V-1 als Antrieb. Effizient ist das allerdings nicht, nur eben sehr einfach.

Hallo Daniel,

in der Airforce Meldung steht:

What makes the PDE so unique is instead of burning fuel, called deflagration, to get propulsion, air and fuel are mixed, ignited and detonated in controlled explosions inside open-ended tubes that look like exhaust pipes. When detonation moves through the tubes it creates a supersonic shockwave that continually pulses and generates thrust.

The increased thrust could be capable of powering future aircraft up to speeds of Mach 4, or four times the speed of sound, and beyond. According to Fred Schauer, AFRL Propulsion Directorate, the PDE can be combined with other engine cycles, such as turbines, rockets, or hypersonic scramjets, to optimize flight envelopes.

"This engine offers the capability of static to near hypersonic flight with good supersonic efficiencies. Pulsed detonation engines could make sense for missions that require efficient supersonic cruise and/or boost from low to high speeds," Mr. Schauer said.

Another plus for the engine is its ability to run on a variety of fuels and maintain near-constant-volume combustion, which makes it highly fuel efficient.

Mit anderen Worten: Das Triebwerk ist effizient im Überschallbereich, oder?

Wikipedia meint auch, dass es "effizient" ist:
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_detonation_engine

Tobi

Ich lese auch gerade, dass es nicht ganz das alte Prinzip ist. Die V-1 hatte ein Pulse-Jet-Triebwerk. Das hier ist ein Pulse-Detonation-Triebwerk. Der Unterschied ist eine überschallschnelle Verbrennung. Durch einen sehr schnellen Verbrennungsprozess wird hier das gesamte Treibstoffgemisch verbrannt, bei den alten Triebwerken nur teilweise. Dadurch erklärt sich die höhere Effizienz der Verbrennung. Die Effizienz der Umwandung von Druck in Schub ist weiterhin schlecht.
Das Problem des alten Designs sind die Flatterventile, welche den Einlass schließen und öffnen. Diese haben bei der Belastung nur eine begrenzte Lebensdauer. In dem neuen Design kann man teilweise anscheinende auf diese ganz verzichten, da die Strömung im Inneren von selbst das Pulsverhalten erzeugt.

Hallo, Daniel,

schau mal da: http://www.onera.fr/conferences/ramjet-scramjet-pde/

Gruß   Thomas

Besonders diesen Bild ist sehr interessant:

Hallo knt,

man bräuchte größere Tanks, denk an Wasserstoffautos. Es gab schon fliegende Versuchsträger, u.a. eine Tu-154 mit Wasserstoffantrieb wenn ich mich recht erinnere. Das Problem ist die Versorgung und die Lagerung.

Noch ein paar Aspekte bezüglich Wasserstoff als Treibstoff:

• hoher Energieinhalt
  
• gute Kühleigenschaften
  
• schnelle Verbrennung (für Scramjets sehr wichtig)
  
• geringe Dichte
  
• Kühlbedarf, um es flüssig zu speichern
  

Danke fürdieAntwort, Daniel.  Meiner Meinung nach ein ganz wichtiges pro: Wasserstoff "verbrennt" zu Wasser! Sicher die Energie die man aufwenden muss um Wasserstoff herrzustellen, mag ganz und garnicht umwelt freundlich sein, muss sie aber nicht, den bei stationären kraftwerken ist man lange nicht so durch gewicht und form eingeschränkt wie bei onboard Systemen. Ist geringe Dichte und Kühlbedarf nicht nur eine Frage des Drucks? Hoher Druck = hohe Dichte = flüssiger Aggregatzustand?

Interessant zur Funktionsweise ist folgende Grafik (Anwendung als Raketenantrieb):

Bild: ONERA

In der Brennkammer werden Treibstoff und Oxidator gemischt. Die Einspritzung drückt gleichzeitig die Verbrennungsrückstände des vorherigen Zyklus' aus der Kammer. An der Spitze der "geladenen" Kammer wird die Explosionswelle initiiert. Sie breitet sich nach hinten aus, verdichtet das Gemisch und entzündet es hinter sich auch gleich selbst. Damit findet die Verbrennung bei konstantem Volumen statt und erhöht den Druck weiter, was den Verbrennungswirkungsgrad erhöhen soll. Das so erhitzte und unter hohem Druck stehende Gemische wird danach nach hinten ausgestoßen und erzeugt den Schub.

Hallo knt.

Ist geringe Dichte und Kühlbedarf nicht nur eine Frage des Drucks? Hoher Druck = hohe Dichte = flüssiger Aggregatzustand?

Um H2 flüssig zu machen, muss es auf weniger als 20K gekühlt werden. Dann ist seine Dichte aber immer noch gering (als Vergleich der gewaltige Tank des Shuttles, bei dem der H2 Tank den Großteil ausfüllt). Wenn es dann ein mal flüssig ist, kann seine Dichte nicht mehr weiter gesteigert werden.
Dann benötigt man für die Reaktion 2H+O --> H2O eben auch doppelt sie viele Atome H wie O, was den Massen- (und Volumen-)Bedarf erklärt.

Muss ja nicht mit Wasserstoff betrieben werden... ;-)

Zum Thema "Thermal and Catalytic Cracking of JP-10 for Pulse Detonation Engine Applications" gibt es hier http://caltechgalcitfm.library.caltech.edu/26/
eine Arbeit von M. Cooper und J.E. Shepherd aus 2002 als 133 seitiges englischsprachiges .pdf-File zum Download.

Direkter Downloadlink:
http://caltechgalcitfm.library.caltech.edu/26/01/FM02-002.pdf

Gruß  Thomas

EADS und das Lavrentiev Institut arbeiten gemeinsam an revolutionären Triebwerken unterandrem an CDE(Continuous Detonation Engine).
Die beiden Organisation komplimentieren sich mit ihren Know How, außerdem steuern EADS und die Skolkovo Fondation jeweils 1,7 millionen € dazu bei.

Hier noch ein ein ausführlicher Link:

http://www.eads.com/eads/int/en/news/press.20120711_eads_skolkovo_foundation.html

sowie ein link über CDE von der NATO:

http://ftp.rta.nato.int/public//PubFullText/RTO/EN/RTO-EN-AVT-150///EN-AVT-150-08.pdf


An verschiedenen Hochschulen weltweit wird auch an eine besondren version der DE Triebwerke gearbeitet und zwar an den RDWE(Rotating Detonation Wave Engine).
Besonders die Brennkammer lässt sich theoretisch auf alle bekannten Triebwerkstypen übertragen, sei es Turbojet, Ram/Scramjet oder Raketentriebwerke.
Die Vorteile wären unterandrem kürzere und kompactere Bauweisen, welche auch simpler und damit kosten günstiger ausfallen können.

http://arc.uta.edu/research/cde.htm
http://ilot.edu.pl/kones/2011/3_2011/2011_wolanski_detonation_engines.pdf

Also an einem Kommerziellen Airliner wird das Triebwerk sicher nicht eingebaut, da es unglaublich laut ist. Da laufen die Passagiere und die Anwohner Amok.

Also an einem Kommerziellen Airliner wird das Triebwerk sicher nicht eingebaut, da es unglaublich laut ist. Da laufen die Passagiere und die Anwohner Amok.

Das stimmt wohl  ..obwohl wer weiss vllt findet man ja noch ein weg die Triebwerke zu silencen.
Ich hab da auch eher die Raumfahrt Anwendung im Visier 

Ich hab keinen besseren Platz gefunden ... jetzt probier ich es hier. Die NASA forscht bzw. lässt an einem neuen (?) Triebwerkstyp forschen, der "rotating detonation engine (RDE)". Der Antrieb soll um 25 %  effektiver sein als konventionelle chemische Antriebe.  Ich hab das Ding ehrlich gesagt noch nicht so richtig verstanden, deshalb hier nur mal die Links:

https://www.nasa.gov/centers/marshall/feature/nasa-validates-revolutionary-propulsion-design-for-deep-space-missions

https://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_detonation_engine