Eben versucht mich hier mal wieder auf den Stand zu bringen und dabei in einer älteren
Mitteilung gelesen, dass REL in der Miniaturversion des Sabres (dem STOIC) ein mittels Lasersintern hergestelltes 3D-Druckbauteil (Treibstoffinjektorsystem) verwendet, welches nicht mit herkömmlicher Technologie zu fertigen wäre. Bisher hat das Bauteil wohl schon 15 Triebwerkszündungen überstanden. Der Injektor kümmert sich um das korrekte Einstellen eines Methanol/Wassergemischs an dedizierten Stellen des Luftwegs.
Wer sich nun etwas wundert von wegen "Methanol im SABRE?", hat so wie ich die
Pressemitteilung vor ca. 3 Monaten hierzu verpasst. Da ich in den Vorposts nichts Entsprechendes gefunden habe, versuche ich es etwas zu erläutern, obwohl ich es ehrlich gesagt selbst nicht vollkommen verstanden habe:
REL hat also vor ca. 3 Monaten das wohlgehütete Geheimnis seines Frostschutzsystems/Enteisers im Precooler des Sabres gelüftet, da es patentseitig wohl nun sicher ist. Ohne diesen Frostschutz würde das sehr feine Röhrensystem des Precoolers bekanntlich innerhalb kürzester Zeit (ca. 3 Sekunden) aufgrund der Luftfeuchtigkeit der einströmenden Luft vollständig vereist werden und das System wäre blockiert.
Zitat von Richard Varvill, Technischer Direktor und Chefdesigner bei REL:
“So—surprise, surprise—we use an anti-freeze, and in this case it is methanol. But we use the methanol in a rather sophisticated way with the objective of minimizing the amount you need. Also we don’t want to spray the methanol in and leave it in the air flow because we are actually cooling down the air to the point at which the methanol would freeze itself,”
REL injiziert das Methanol an einem der kältesten Stellen des Luftstroms noch vor dem eigentlichen Precooler und zwar auf eine Art und Weise, dass der Methanol/Wasser-Mix vorwärts, also entgegen der Strömungsrichtung der Luft, gerichtet ist. Der subjektiv entstehende Rückwärtsstrom innerhalb des Systems wird erzeugt, indem der Methanol/Wasser-Mix mehrfach wieder aufgefangen wird und sukzessive weiter oben also eingangs im Luftstrom erneut eingespritzt wird. In der Realität wird das Gemisch natürlich mit dem Luftstrom mitgerissen. Es ist eben nur ein subjektiver "reverse flow".
We have multiple injection and extraction points in the matrix, but the overall effect is the mix of methanol and water is actually flowing forward in the matrix against the airflow direction.
Das Methanol bindet das Wasser und somit entsteht ein Gradient in der Methanolkonzentration von warmem Eingang hin zur ersten Einspritzstelle des reinen Methanols. Dort gibt es kaum mehr Wasserdampf sondern fast nur Methanol, während am Lufteingang hauptsächlich Wasserdampf existiert. Je weiter die Luft also strömt, desto geringer wird der Anteil an gasförmigem Wasser und somit der relativen Luftfeuchte bis zu einem Punkt, da man allen Wasserdampf entzogen hat (bzw. in die flüssige Phase überführt hat) und die Luft mit 215K schließlich in den Wärmetauscher (Precooler) laufen kann, ohne dass eine Vereisung stattfindet.
Eventually you end up with a situation where you have extracted all the water vapor as liquid from the airflow and that leaves you essentially with dry air below 215K. The partial pressure of the water vapor at this point is so low that you can allow it to pass through the heat exchanger and it does not freeze.
Also ganz ehrlich, ich werde da nicht so ganz schlau draus. Reines Methanol gefriert bei 175K. Von daher verstehe ich noch, dass man an der kältesten Stelle im Frostschutzsystem reines Methanol einspritzt und der Methanolgehalt dann in Richtung wärmerer Lufteingang immer mehr sinkt. Aber wenn ich den flüssigen Wasser-/Methanolmix auf den Wärmetauscher loslasse, habe ich doch auch eine Vereisung. Offensichtlich darf das flüssige Methanol-Wassergemisch tatsächlich den Precooler passieren.
Im Patent steht noch, dass das Methanol abschließend aus dem Gemisch wieder entzogen werden und bei der Verbrennung noch ca. 2% zum Schub beitragen könnte. Ganz ehrlich....wenn man sich die hochdetaillierten und komplexen Zeichnungen nur im Patent "Heat exchangers" (Umfang: 84 Seiten) so anschaut, kann man nur noch sagen, dass das Sabre ein wahres Meisterstück der Ingenieurskunst ist.
