Scramjets

Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) gab bekannt, dass es erstmals gelungen sei einen Versuchsflug mit einem Scramjet durchzuführen, der eine Kohlenwasserstoffverbindung als Treibstoff nutzt. Dabei handelt es sich um sogenanntes JP-10(Info).

Für den erfolgreichen Test wurde der Versuchskörper mit einem zweistufigen Terrier-Orion-Träger auf 60.00 ft gebracht.
Dabei fiel die maximale Geschwindigkeit von Mach 5.5 für 15 sec. allerdings gegenüber dem X-43A mit Mach 9.8 für 10 sec. vergleichsweise niedrig aus.

Weitere Informationen finden sich in den Presseveröffentlichungen von DARPA (>> 8-)<< und der ATK (>> <<)

Titel geändert, tobi453

Ich habe gerade gesehen, dass wir noch in keinem Thread richtig über Scramjets diskutiert haben, deshalb erkläre ich dies hier zum offiziellen Scramjet-Thread.

Und hier gleich eine neue Info:
Die AirForce hat es geschafft den X-51A Scramjet in einem simulierten Flug auf Mach 5 zu bringen. Dabei hat sich das Scramjet-Triebwerk besser als erwartet verhalten. Erste richtige Testflüge sind für 2009 geplant.

Hier ein Bild vom Triebwerk:


Quelle:
http://sev.prnewswire.com/aerospace-defense/20070430/NEM13830042007-1.html

Zitat von Wikipedia:

Beim Scramjet (Supersonic Combustion Ramjet – Überschallverbrennungs-Ramjet) wird die einströmende Luft bei der Kompression nicht unter die Schallgeschwindigkeit abgebremst, und auch die Verbrennung findet als Überschallverbrennung statt. Der Arbeitsbereich von Scramjet-Triebwerken liegt dann zwischen Mach 5 und (projiziert) Mach 15.

Entscheidend für die Gasbeschleunigung ist hier die Dichte p des Gases: Im Gegensatz zur Lavaldüse des Ramjet führt hier eine Erweiterung des Düsendurchmessers zu einer Beschleunigung des austretenden Mediums. Grund dafür ist die nun freie Entspannung des Mediums, wodurch eine größere Expansion und somit auch eine höhere Austrittsgeschwindigkeit erzielt werden kann.

Scramjet-Triebwerke werden über ihre gesamte Länge hinweg überschallschnell (> Mach 3) durchströmt und müssen den resultierenden deutlich höheren Temperaturen standhalten können. So entsteht z. B. bei einer Geschwindigkeit von Mach 8, abhängig von der Luftdichte, eine Temperatur von 3.000 °C bis 4.000 °C.

Ein weiteres Problem der Überschallverbrennung besteht in der kurzen Verweilzeit der Luft im Triebwerk. Dadurch kann sich der Treibstoff schlechter mit der Luft und dem darin enthaltenen Sauerstoff durchmischen. Dieses Problem ist durch geeignete Maßnahmen bei der Triebwerksausgestaltung zu lösen.

Der Scramjet besitzt weiterhin einen Isolator, ein Rohrstück mit konstantem Querschnitt, um die bei Geschwindigkeiten über Mach 3 drohenden ungewollten Verdichtungsstöße und Blockaden zu verhindern.

Weitere allgemeine Informationen zum Scramjet gibt's hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Staustrahltriebwerk#.C3.9Cberschallverbrennung_im_Scramjet
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raketen/hyper.shtml

Also was haltet ihr von den Scramjets? Ist doch eine interessante Technologie, oder?

Moin Tobi,

sehr gute Idee von Dir, aber darf ich darauf aufmerksam machen, daß wir über *Scramjet* schon geschrieben haben. Unter der Funktion *Suchen* hier im Raumcon bitte *Scramjet* eingeben und da gibt es verschiedene Beiträge in verschiedenen Threads über *Scramjet*. Viel Spaß beim Suchen.

Jerry

Hallo Jerry,

da hast du natürlich recht. Es gibt diverse Threads, z.B. ARES, wo wir nebenbei über Scramjets dikutiert haben, aber keinen Thread der direkt diesem Thema gewidmet ist (außer vielleicht der hier: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=3500.0 ) , daher dachte ich mir ich mache mal einen Thread nur zum Thema.

Tobias

Die Australian Defence Science and Technology Organisation(DSTO) hat erfolgreich einen Scramjet getestet. Es wurde eine Geschwindigkeit von Mach 10  und eine Höhe von 530km erreicht.

Hier ein Bild vom Start (Quelle: DSTO):



Quelle:
http://www.dsto.defence.gov.au/news/5118/

wow! 580km! Aber sind 10 Mach schon erste Kosmische Geschwindigkeit (=8 km/s)?

Mach 10 ist da ne doofe Geschwindigkeitsangabe da Mach nur ein vielfaches der Schallgeschwindigkeit ist und die Schallgeschwindigkeit z.b. von der Höhe abhängt (die sich bei Mach 10 wohl extrem schnell ändert) das kann man garnicht in km/s umrechnen


Ich gebe Scramjets jedenfals ne riesen Zukunft in Trägerraketen!

Stimmt, die Schallgeschwindigkeit ist in der Höhe geringer als hier unten. Es wird auch nicht gesagt in welcher Höhe das erreicht wurde. Evtl. wurde das auch im Rahmen des Wiedereintritts, also im Sturzflug erreicht. Ich komme übrigens auf geschätzte 8000/3600 = 2,2km/s.
Die Angabe in Mach als Relativzahl ist alles andere als dumm . In der Aerodynamik ist nicht die absolute Geschwindigkeit wichtig, sondern die Geschwindigkeit der Strömung in Bezug auf die Schallgeschwindigkeit, da sich um Mach=1 herum die aerodynamischen Verhältnisse schnell und komplett ändern. Ohne die Mach-Angabe wäre es unhandlich, da man bei einer absoluten Angabe nie wüsste wo man gerade ist, bzw. welche Strömungsverhältnisse herrschen.

Tja, ich bin da einigermassen verwirrt. Diese Triebwerke brauchen ja viel Sauerstoff, um überhaupt in Funktion zu kommen. Den gibt es aber bekanntlich im All nicht.
Wieso sollte so ein Jet der Raumfahrt helfen?
Als Zubringer in den Orbit ?

http://magazin.voestalpine.com/DE/speed/artikel/468.html

Zitat entfernt


 

Hallo rolli,

ein Scramjet alleine kommt natürlich nichts in Weltall. Man kann mit ihnen aber schon in der hohen Atmosphäre hohe Geschwindigkeiten erreichen, so dass man zum Orbiteinschuss nur noch "wenig" Raketentechnik benötigt. Der Vorteil wäre ja eben, dass man den Oxydator für den Scramjet nicht mitschleppen muss.
Ideen für einen Orbiteinschuss wären:

• Abtrennen einer Raketenoberstufe bei hoher Geschwindigkeit und Höhe (s. Sänger II).
• Kombination aus Scramjet und Raketentriebwerk direkt in der Hauptstufe, so dass das ganze Gefährt in den Orbit kommt. In großer Höhe würde von Scramjet auf Raketentriebwerk umgeschaltet.

Bei der Einschätzung der Realisierungsmöglichkeiten sollte man bedenken: v.a. die Militärs werden das zu erst haben wollen, um einen schnellen globalen atmosphärische Waffentransporter zu haben. V.a. die Militäs stecken momentan auch das meiste Geld in diese Technik. Zivile Anwendungen sind dann wieder mal nur Nebenprodukte.

Hallo Dani

ah, genau: Eugen Sänger.

Das Staustrahltriebwerk. Kann aber nur ab einer grossen Geschwindigkeit realisiert werden.
Dann hätten wir einen monströsen Gleiter auf einer Schiene, der mit Hilfe von Festoffraketen auf Geschwindigkeit gebracht wird um dann mit Hilfe seiner Sauerstofftriebwerke einen Satelliten ins All zu hieven.

Allerdings, wenn ich die Foto der "Rakete" sehe, ist das scheinbar ganz was anders.

Soll mal einer den australischen Comment in deutsch übersetzen...

 

Hallo Dani

ah, genau: Eugen Sänger.

Das Staustrahltriebwerk. Kann aber nur ab einer grossen Geschwindigkeit realisiert werden.
Dann hätten wir einen monströsen Gleiter auf einer Schiene, der mit Hilfe von Festoffraketen auf Geschwindigkeit gebracht wird um dann mit Hilfe seiner Sauerstofftriebwerke einen Satelliten ins All zu hieven.

Allerdings, wenn ich die Foto der "Rakete" sehe, ist das scheinbar ganz was anders.

Soll mal einer den australischen Comment in deutsch übersetzen...

 

Bei der Rakete ging es ja auch nur darum, den Scramjet auf Höhe und Geschwindigkeit zu bringen, damit er zünden und arbeiten kann. In Bodennähe wird man einen Scramjet nicht betreiben können. Bei der notwendigen Geschwindigkeit wäre hier unten der Widerstand und damit die thermische Belastung zu groß. Bei Scramjets ist u.a. die Kühlung der Struktur ein Problem.

War der Zündpunkt des Scramjets beim Wiedereintritt oder bevfor das Vehikle die Atmpshäre verlassen hat?

War der Zündpunkt des Scramjets beim Wiedereintritt oder bevfor das Vehikle die Atmpshäre verlassen hat?

Ja natürlich vorher.
Sonst gibt es ja gar keinen Sinn.

Also, nochmals:
Zündung der Raketen
Einschaltung des Jet-Triebwerks
Beschleunigung auf 9000 Km/h mit dem Jet und erreichen von 580 Km Höhe

Jooh, das wärs

Oder ?

Der Artikel ist etwas unklar. Über den Zündzeitpunkt steht nichts. Aber:

The scramjet engine experiment reached speeds of up to Mach 10

“Today’s flight rocketed to an altitude of 530km, and reached Mach 10 during re-entry,” Mr Lindsay said.

Ich vermute aber demnach, dass der Scramjet während des Wiedereintritts gearbeitet haben könnte.

Ha, ha, sorry

das ist ja komisch:

Also da startet eine dünne lange Rakete angeblich auf 580 Km Höhe...

Das ist ja wirklich zu bezweifeln

und im Sinkflug schaltet der Scramjet auf Höchstleistung ?

Naj ja, warum nicht: SINN ?

 

Ha, ha, sorry


und im Sinkflug schaltet der Scramjet auf Höchstleistung ?

Naj ja, warum nicht: SINN ?

 

Sinn? Man kann besser beschleunigen, ohne Gravitationsverluste, bzw. mit Gravitationsgewinn. Die ersten Flieger wurden auch im Sturzflug an die Schallmauer heran gebracht, weil das Triebwerk im Horizontalflug nicht genug Schub hatte.
Übrigens muss es nicht sein, dass der getestete Scramjet aktiv (viel) Schub erzeugt hat. Es kann gut sein, dass man in ihm nur Strömung, Verdichtung und Verbrennung getestet hat, also ob das Prinzip klappt, ohne dass er viel Schub erzeugt hat. Dann benötigt man auf jeden Fall den freien Fall, um mit entsprechender Geschwindigkeit auf die Atmosphäre zu treffen.

Aber das ist hier alles ein wenig Spekulation. Wie das in diesem Fall war, weiß ich auch nicht.

So, ein paar mehr Infos zu dem Test von HyCAUSE in Australien:

http://www.defence.gov.au/news/raafnews/EDITIONS/4622/topstories/story14.htm
Hier steht, dass das Flugprofil von HyCAUSE dem von HySHOT entsprach.

http://de.wikipedia.org/wiki/Staustrahltriebwerk
http://en.wikipedia.org/wiki/HyShot
Und hier steht, dass HySHOT von einer zweistufigen Rakete auf einen Parabelflug gebracht wurde. Der Scramjet wurde beim Wiedereintritt in ca. 30 km Höhe gezündet. Bei HySHOT wurde übrigens kein Schub durch den Scramjet erzeugt.

Danke Daniel, dass war genau das woran ich bei meiner Fragestellung dachte. Ich habe auch von Skramjetstests gelesen, bei den wärend der Beschleunigung die Rakete den Stürzflüg anleitete, um auch die Schwerkraft als Beschleunigungshilfe  zu benutzten

Hi Daniel

Der Scramjet wurde beim Wiedereintritt in ca. 30 km Höhe gezündet

Aha, dann ist wohl die Meldung von 530/80 Km Höhe eben doch völlig falsch.

 

Naja, 530 oder 580 km höhe für den ballistischen Flug. Von da oben bis auf 30km musste dann fallbeschleunigt werden, damit man Mach 10 erreichen konnte.

Ach so ist das also: ein Rekord Berg ab mit Rückenwind.

Wirst wohl recht haben und man wollte "nur" das Verdichtungsprinzip testen, und brauchte daher möglichst einfach möglichst hohe Geschwindigkeiten - und was liegt da näher als etwas von ganz weit oben runter fallen zu lassen.

Danke für die Infos, Schillrich.

Noch mal kurz zum Nutzen für die Raumfahrt: Scramjets der Ideal Antrieb für eine 2 Stufe bei der die Rakete schon eine hohe Geschwindigkeit hat und schon durch dünneren Luftsichten rast, aber noch viel zu langsam ist um einen Orbit zu erreichen. Irgendwann wird natürlich die Luft für einen Scramjet zu dünn - spähtestens dann sollte man entweder schnell genug sein, oder eine 3 Stufe zünden.

Kann mir mal jemand erklären wie scramjet triebwerke funktionieren?
ich versteh das nicht wirklich

Hallo DaBeste,

ich habe deinen Beitrag mal hierhin verschoben.

Hallo DaBeste,

beginnen wir mit Ramjets und vergleichen die mit einem normalen Strahltriebwerk.
Bei Triebwerken wird Energie durch Verbrennung der Luft zugeführt. Dieses mehr an Energie (Temperatur und Druck) wird dann zum Beschleunigen des Luftstroms in der Düse genutzt, was den Schub erzeugt.
Um viel Energie pro Sekende frei setzen zu können, muss viel Treibstoff pro Sekunde verbrannt werden. Dazu benötigt man dann auch viel Luft. Um dies zu realisieren, muss die Luft vorher verdichtet werden. Das macht beim normalen Triebwerk der Verdichter. Der dreht sich natürlich nicht zum Nulltarif, sondern muss ebenfalls von der Turbine angetrieben werde.
Den Druck in einer Strömung kann man auch durch Verlangsamung der Strömung erhöhen. Also durch das Abbremsen wird auch Druck erzeugt. Strömt die Luft schnell genug und wird stark genug abgebremst, dann reicht der dadurch erzeugte Druckanstieg vollständig für die Verbrennung aus. Man benötigt dann keine rotierenden Teile (Verdichter+Turbine) mehr. Das funktioniert aber nur bei Überschallströmung.
Bei Überschallströmung wird die Luft am Einlauf durch einen sog. Verdichtungsstoß (Überschallknall) schlagartig auf Unterschall abgebremst. Der Druckanstieg kann dann groß genug sein, um schon eine ausreichende Verdichtung für die Verbrennung zu erzeugen.
So funktioniert ein Ramjet. Die Überschallströmung wird durch einen Verdichtungsstoß auf Unterschall verlangsamt und verdichtet. Im Inneren herrscht dann Unterschallströmung und Treibstoff wird verbrannt.
Der Scramjet ist dann eine Stufe weiter. Hier wird die Überschallströmung nicht mehr auf Unterschallströmung verlangsamt. Trotzdem wird sie schrittweise durch schräge Verdichtungsstöße verlangsamt und baut Druck auf. Im Triebwerk herrscht also Überschallströmung und eine Überschallverbrennung.

Ein Ramjet funktioniert erst bei Überschall. Durch das Verlangsamen auf Unterschall im Triebwerk ist er aber relativ ineffizient, so dass nicht sehr hohe Geschwindigkeiten erreicht werden. Ein Scramjet funktioniert nur bei noch höherem Überschall. Da er im Triebwerk nicht auf Unterschall verlangsamt, ist er effizienter und kann auch bei noch höheren Geschwindigkeiten betrieben werden. Dafür ist aber eine stabile Verbrennung sehr schwierig.

Ein weiteres Problem ist bei solchen Flugkörpern die thermische Belastung der Außenhaut. Außerdem können sie nicht aus dem Stand starten, da diese Triebwerke selbst erst bei Überschall arbeiten. Deshalb sind immer eine Boosterstufe oder evtl. parallel noch normale Strahltriebwerke nötig.