*DISCOVERY* - STS 119 - *S6 Truss* / Vorbereitung

Hallo Mane,

oder ich habe den Denkfehler?
Richtig es muß immer das entnommene Volumen an Flüssigtreibstoff ersetzt werden.
Aber es muß doch ein Unterschied sein ob ich einen Liter Flüssigtreibstoff aus einem vollen Tank entnehme oder aus dem fast leeren Tank ,der dann mit Gas aufgefüllt werden muß um den Druck im Tank konstant zu halten ?

Also ich denke das der Gasfluss über die Brennzeit ansteigt um den Druck zu halten....wenn wir mal von einer gleichmäßigen Treibstoffentnahme ausgehen.

oder??


gruß jok

Aber es muß doch ein Unterschied sein ob ich einen Liter Flüssigtreibstoff aus einem vollen Tank entnehme oder aus dem fast leeren Tank ,der dann mit Gas aufgefüllt werden muß um den Druck im Tank konstant zu halten ?

Nein, genau das glaub ich eben nicht! Du musst berücksichtigen, dass ja während des gesamten Aufstiegs bereits ständig Gas in den ET geleitet wird (sprich der Druck gehalten wird). Es ist also nicht so, dass du einen leeren und drucklosen Tank plötzlich unter Druck setzen musst. Da hättest du dann natürlich recht. Nen leere und drucklosen Tank unter einen bestimmten Druck zu setzen braucht (viel) mehr Gas als einen vollen unter den gleichen Druck zu setzen. Ganz klar, das Volumen das mit Gas gefüllt werden muss ist ja viel größer.

Aber das ist beim Shuttle ja nicht so. Der Druck wird ja ständig gleich gehalten. Das heißt, es ist vollig irrelevant wie voll oder leer er ist. Nur das entnommene Volumen spielt ne Rolle.

Vielleicht bin ich aber auch noch nicht ganz wach! Hab heute Nacht nicht viel geschlafen?  

Mane

Hallo,

...da sind wir schon zwei die nicht viel geschlafen haben

...das ist richtig den Druck im Wasserstofftank müßen sie Konstant halten...
Irgendwie habe ich aber den Denkansatz im Kopf das wenn sie am Anfang der Brennzeit etwas entnehmen müßen sie weniger Gas einleiten um die Menge zu ersetzen weil in diesem Moment noch mehr Flüssigkeit im Tank ist die weniger komprimiert werden kann... wie wenn sie am Ende der Brennzeit etwas entnehmen und der Tank zum großen Teil voll Gas ist was sich komprimieren läßt ?
Der Gasfluss steigt langsam über die Brennzeit ....??

P.S ..oder ich glaube jetzt dämmerts in dieser Druckleitung liegt ja ein Druck über dem Betriebsdruck im Wasserstofftank an ...also braucht man immer nur die entsprechende Menge in den Tank zu leiten..richtig


gruß jok

@jok: Das Ventil war wie du sagst bei STS-118, STS-123 und STS-126 in der  SSME 2 Leitung verbaut.
Vorher bei STS-88, 89,97, 99, 100, 108, 111 und 113 in der Leitung von SSME 1. Bei der OMM wurde das Ventil ausgebaut, geprüft und in die Leitung von SSME 2 eingebaut, seither hat man es nicht mehr geprüft.
 Beim STS-126 Start hat das Ventil erst rund 2 Minuten nach dem Start (ungewollt) geöffnet. D.h. Der Bruch ist erst 2 Minuten nach dem STS-126 Start aufgetreten und nicht schon beim vorigen Flug. Was natürlich nicht heißt, dass es nicht schon Schäden vor dem STS-126 Start gab. Das kann man aber nicht sicher sagen, weil man das Ventil vor STS-126 nicht ausgebaut hat. Man weiß nur, dass der eigentliche  Bruch erst bei STS-126 aufgetreten ist.

Gruß,
KSC

  

@jok, @mane

Thermodynamik war nie meine Stärke. Aber ich versuche es mal.

Nehmen wir das Gas im Tank als ideales Gas an. Dann gilt die Zustandsgleichung:


p*V = n*R*T

mit

p: Druck
V: Volumen
R: Gaskonstante
T: Temperatur
n: Stoffmenge


Wenn man daraus das totale Differential bildet, kann man die Änderung beim konstant Halten anderer Größen berechnen:

p*dV + V*dp = R*T*dn + nR*dT


Die Größen dV, dp, dn, dT geben jeweils die Änderung dieser Variablen an. Für die gilt jetzt:

dp = 0 (Druck konstant)
dT = 0 (Temperatur konstant)


Das ergibt also:

p*dV = dn*R*T


Die Volumenänderung dV im Tank muss also durch eine proportionale Erhöhung der Stoffmenge dn ausgeglichen werden. Das ist dann das nachströmende Gas. Integration ergibt dann:

n = p * (V₁-V₀) / (R*T)

Wenn sich also das Gasvolumen im Tank von V₀ auf V₁ vergrößert, muss es durch die Stoffmenge n ersetzt werden.


Welches Volumen V_Gas hat jetzt die nachströmende Gasmenge n? Für sie gelten die selben Bedingungen (Temperatur T und Druck p). Die Zustandsgleichung der Gasmenge n ist dann:


p*V_Gas = n*R*T

bzw.:

V_Gas = n*R*T/p


Wenn wir unsere oben im Integral gewonnene Formel für n einsetzten, ergibt sich:

V_Gas =p * (V₁-V₀) / (R*T)    *R*T/p


Da kürzt sich dann Einiges raus und wir erhalten:

V_Gas =(V₁-V₀)



Das zusätzliche Gasvolumen V_Gas ist als gleich der Volumenänderung V₁-V₀ im Tank.


And the winner is? Mane



EDIT
Noch als Ergänzung:
Das Ergebnis sagt aus, dass das nachströmende Gasvolumen pro Zeit nur von der Volumenänderung pro Zeit des Gases im Tank abhängt, nicht aber vom "Füllstand" an sich.

Witzigerweise hängt es auch nicht von der Temperatur ab.... Sollte es doch aber, wenn man annimmt, dass der Tank sich während des Startverlaufs aufwärmt, sollte auch das nachströmende Gas über die Zeit abnehmen können und dennoch ein konstanter Druck im Tank herrschen. Das hätte ich zumindest vermutet.

Vielleicht sollte man auch noch über die Temperatur integrieren...

Hallo Klaus,

also die Temperatur taucht in der Rechnung alles Nase lang als T auf und steckt dadurch auch in n und V_Gas und dV mit drin.

Was in der Rechnung nicht mehr auftaucht, ist die Temperaturänderung dT. Die habe ich zu Null gesetzt.

Ziel meiner Rechnung war den Einfluss der Volumenänderung zu zeigen und wie sie durch neues Gas kompensiert wird. Deshalb habe ich alle anderen Änderungen zu Null gesetzt. Sonst kannst du das nicht lösen, bzw. wenn du alles variabel hältst: wie willst du dann die Einflüsse trennen?

Hallo,

Danke Daniel  

Damit lag ich also falsch das die FCV eventuell kurz vor MECO sowieso offen sind, damit eine größere Menge Gas in den Tank kommt...

gut wieder was gelernt.

gruß jok

Nungut, die Temperaturänderung [ch916]T wird aber in der Praxis wohl aber ein Rolle spielen bei der Ansteuerung der Ventile! Definitiv!

Deswegen würde ich, falls die Temp. im Tank über die Zeit tendenziell ansteigt, eher davon ausgehen, dass die Ventile immer mehr schließen und nicht wie jok es vermutete, eher offen sind...

Zur Verdeutlichung: Das bereits in den Tank geleitete Gas erwärmt sich, denht sich aus. Also muss weniger Gas nachgefüllt werden um gleichen Druck im Tank zu behalten.

Noch konreter:
Die Frage war, ob das nachströmende Gasvolumen zur Druckerhaltung vom Inhalt des Resttreibstoffes abhängt. Antwort: Nein, aber es hängt von der Temperatur im Tank ab, die sich ja über den Flugzeitraum genauso ändert, wie der Füllstand.

Hi Leute

And the winner is? Mane

Cooool!   *freu*  

Deswegen würde ich, falls die Temp. im Tank über die Zeit tendenziell ansteigt,...

Wie erklärst du denn das? Warum sollte die Temperatur im Tank steigen??

Mane

Zur Verdeutlichung: Das bereits in den Tank geleitete Gas erwärmt sich, denht sich aus. Also muss weniger Gas nachgefüllt werden um gleichen Druck im Tank zu behalten.

Hallo Klaus,

wie gesagt: Ja, die Temperatur spielt eine Rolle, nur nicht für obige Diskussion.

Allerdings würde ich nicht so pauschal unterstellen, dass das Gas warm wird. Warum? Wenn man bei gegebenem Gasinhalt das Volumen vergrößert, dann sinkt normalerweise die Temperatur, da mechanische Arbeit/Energie aus dem geschlossenen System adiabat abgeführt wird. Gleichzeitig wird der Tank von außen thermisch belastet/erwärmt, ist aber ziemlich gut durch Schaumstoff isoliert.

Allerdings würde ich nicht so pauschal unterstellen, dass das Gas warm wird.

Wie erklärst du denn das? Warum sollte die Temperatur im Tank steigen??

Vielleicht fällt Sie auch, aber das Gas welches durch die ganzen röhren in der Nähe der Triebwerke fließt, sollte eher wärmer werden als kälter... Wäre schon aber aberwitziger Zufall wenn der Tank vor und Nach dem Start exakt die gleiche Temperatur besitzen würde... Kann ich mir nicht vorstellen irgendwie! Kälter oder Wärmer... Auf jeden Fall ein Grund für die Ansteuerung der Ventile...

Allerdings würde ich nicht so pauschal unterstellen, dass das Gas warm wird. Warum? Wenn man bei gegebenem Gasinhalt das Volumen vergrößert, dann sinkt normalerweise die Temperatur, da mechanische Arbeit/Energie aus dem geschlossenen System adiabat abgeführt wird. Gleichzeitig wird der Tank von außen thermisch belastet/erwärmt, ist aber ziemlich gut durch Schaumstoff isoliert.

Genau das mein ich!

Auf deutsch übersetzt: Wenn du z.B. aus ner Sauerstoffflasche (ich hasse die neue Rechtschreibung immer noch) beim Schweißen "Material" entnimmst, wird die Flasche immer kälter.

Wenn du bei der Feuerwehr bist, kennst du das sicher vom Atemschutz. In ca. 45 Minuten ist so ne Flasche ungefähr leer. Danach hast du an der Flaschenaußenseite Eis. Beim Befüllen der Flaschen passiert genau das Gegenteil. Die Flasche wird verflucht heiß.

Beim ET ist das zwar etwas komplizierter, weil ja immer Gas nachgefüllt wird, der ET durch die Reibung erwärmt wird usw. Das jetzt berechnen, kann ich leider nicht. Aber auf jeden Fall kannst du nicht Grundsätzlich davon ausgehen, dass der Tank wärmer wird.

Mane

... Auf jeden Fall ein Grund für die Ansteuerung der Ventile...

Ja klar müssen die Ventile angesteuert werden. Für das sind sie ja da. Ich glaub auch, dass sich die Temperatur im Laufe der Zeit ändert. Wären alle Parameter (z.B. Temperatur) während der ganzen Flugzeit gleich bräuchte man gar keine Ventile. Dann bräuchte man einfach nur ein Rohr mit der richtigen Durchflußmenge.

Aber das sich die Temperatur verändert, wurde ja nie bestritten!!

Die ganze Diskussion begann ja nur, weil Jok behauptete, dass zum Ende der Flugzeit mehr Gas in den ET geleitet werden muss, da sich mehr komprimierbares Gas im ET befindet.

Und das ist nicht richtig wie wir nun wissen!

Mane

weil Jok behauptete, dass zum Ende der Flugzeit mehr Gas in den ET geleitet werden muss, da sich mehr komprimierbares Gas im ET befindet.

Und das ist nicht richtig wie wir nun wissen!

Mane

... in der Hoffnung, dass ich noch genug Thermodynamik behalten habe und der Ansatz zum Überschlagen ausreicht.  

Dein Ansatz reicht aus und ist korrekt ;-)
Abweichungen ergeben sich natürlich dadurch, dass sich im ET kein ideales Gas befindet und die Temperatur des H2 Gases von den SSMEs nicht absolut konstant ist, sondern (leicht) schwankt.
Für den Druck im ET muss man bei korrekter Betrachtung auch noch den Dampfdruck des Treibstoffs berücksichtigen.
All diese Variablen sind ja der Grund, warum man überhaupt diese Ventile braucht um den Gasfluss zu steuern.
Für die Widerlegung der jok‘schen Theorie reicht dein Ansatz aber aus ;-)

Dipl. -Phys. KSC  

Es gibt inzwischen wieder etwas mehr Hoffnung auf eine Startfreigabe.
Die Datenlage sieht jetzt besser aus als noch letzte Woche. Außerdem hat man eine Idee, wie man das Problem mit den evtl. Beschädigungen durch abgebrochene Teile an den 90 Grad Winkeln in den Griff bekommen könnte.
Warten wir das Meeting ab, das morgen stattfindet.

Gruß,
KSC

Die ganze Diskussion begann ja nur, weil Jok behauptete, dass zum Ende der Flugzeit mehr Gas in den ET geleitet werden muss, da sich mehr komprimierbares Gas im ET befindet.

Ich wollte mit dem Temperaturbeispiel sogar behaupten, dass das Gegenteil der Fall sein könnte! Deswegen meine Anspielung auf die Temperaturvariable (weil ich bis dahin "wahrscheinlich fälschlicherweise" davon ausging, dass es wärmer wird  ...)

Nun gut wär ja alles geklärt nun!

Außerdem hat man eine Idee, wie man das Problem mit den evtl. Beschädigungen durch abgebrochene Teile an den 90 Grad Winkeln in den Griff bekommen könnte.

Das glaube ich nicht! 8-)
Sie haben genauere Computer-Simulationen mit den neuen Daten der aktuellen Tests durchgeführt, und glauben nun, daß die 90° Winkel den Einschlägen von Bruchstücken wiederstehen würden.
Vorausgesetzt, sie schlagen exakt so ein, wie es als wahrscheinlich angenommen wird und sind nicht wesentlich massereicher.
Weil man aber noch nicht nachvollziehen kann, warum genau das Stück abgebrochen war, kann man bisher die maximale Größe für ein potentielles Bruchstück nicht ermitteln.

Jedenfalls fühlt man sich inzwischen sicherer als letzte Woche, so zu fliegen, wie es ist.

Ein guter Starttermin wäre der 12. März 2009.
Danach geht es nicht mehr wegen dem bevorstehenden Sojus-Flug zum ISS-Mannschaftstausch.
Wenn denn die Eastern Range bis dahin zur Verfügung steht, die alle Starts von Florida überwacht (Telemetrie, Radar, usw.)
Die sind aber gut beschäftigt, denn am 5. März startet die Delta II mit dem Kepler-Teleskop und am 9. März steht der Start einer Atlas 5 auf dem Plan. Man plant für jeden Flug ein 'Verschiebefenster' von 2 Tagen ein und braucht dann noch 2-3 Tage um die Daten und Geräte auf den nächsten Start umzustellen.
Das könnte nach dem Atlas 5 Start zu knapp werden!
Ob die Air Force vielleicht bereit wäre, ihren Start um eine Woche zu verschieben?
Discovery könnte auch noch am 14. März starten, müßte die Mission aber dann um einen Tag verkürzen und auf einen Außenbordeinsatz verzichten.
Danach wäre ein Start erst wieder am 7. April 2009 möglich.

Wenn die Discovery im März startet, könnte sich die Atlantis am 12. May 2009 auf den Weg zum Hubble-Teleskop machen.

OK hier das neueste:
Die derzeit eingebaute FCVs werden wieder ausgebaut und durch solche mit nur 4 bis 5 Flügen ersetzt (statt mit 12, wie die aktuell eingebauten Ventile).

Jetzt zu der angesprochen Idee:
Seit gestern geistert die Idee herum, dass man die Wandstärke der Gasleitung an den neuralgischen Stellen, also an den 90 Grad Winkeln, verstärkt. Hauptbedenken ist ja, dass ein größeres Ventilbruchstück die Leitung durchschlägt und dadurch ein gefährliches H2 Leck entsteht. Das kann man verhindern, wenn die Wandung der Leitung dicker ist. Da man das Leitungsstück nur sehr aufwändig mit einem Stück ersetzen kann, dass dickere Wände hat (zumal eine solche Leitung erst hergestellt werden müsste) macht man einfach die Wand der vorhandenen Leitung von außen dicker.
Das soll so geschehen, dass man quasi auf die Leitung eine Art „Flicken“ darauf setzt, also der Leitung praktisch eine zusätzliche Hülle verpasst. Wenn dann die Leitung durchschlagen würde, dann würde die zusätzliche Hülle dafür sorgen, dass kein H2 austritt.

So wie es aussieht werden sie diesen Vorschlag heute ausgiebig diskutieren. Man muss festlegen, wie dick die zweite Hülle sein muss, es muss geprüft werden, wie viel zusätzliche Masse die Gasleitung tragen kann und wie diese zusätzliche Hülle an der Gasleitung gasdicht angebracht werden kann.

Gruß,
KSC

Hmmm,

das hört sich nach "Flickenschusterei" an. Ob man mit so einer Improvisation wirklich glücklich ist?
Ich würde das so interpretieren, dass man eh davon ausgeht, dass nichts Ernstes passiert und so aber alle Gemüter zufrieden stellt.

Mal eine bescheidene Frage von einem der nicht vom Fach ist:

Kann man denn diese "Verstärkung" wirklich ganz schnell und ohne Nebenwirkungen installieren? Einfach ein Stück aufschweißen, das geht doch nicht, oder?
Sind denn da nicht wieder Tests nötig usw.?

Aber wahrscheinlich ist es sowieso nur ein Flicken (Pflaster) gegen das "ungute Gefühl".

Bei nasaspaceflight stand etwas von einem O-Ring als Halterung. Das wäre dann wohl "einfach" ein Metall- oder Gummiband zum "am-Platz-Halten"??

Hallo,

...na mal sehen ob sie mit dieser Idee das auf dem letzten FRR herrschende "Unwohlsein" beseitigen können.  

Ich meine Sie haben das wichtigste bereits gemacht, nach dem Vorfall auf STS-126 den Fehler genau analysiert und die FCV gründlich geprüft...jetzt hat man wohl einen Satz mit nur 5 Flügen die nach Prüfung auf Risse ohne Befund waren.
Bei denen sollte auch eine eventuelle Materialermüdung nicht so fortgeschritten sein wie beim letzten verbauten FCV-Satz mit 12 Flügen.
Mit einem jetzt angepaßten Wartungsplan der eine gründliche Untersuchung der FCV nach jeder Mission einschließt sollte man meiner Meinung nach mit den FCV keine Probleme mehr haben.

Ich hoffe sie geben nun eine Startfreigabe das STS-119 endlich auf die Reise geht  

gruß jok

Bei nasaspaceflight stand etwas von einem O-Ring als Halterung. Das wäre dann wohl "einfach" ein Metall- oder Gummiband zum "am-Platz-Halten"??

Nein, nicht als Befestigung, sondern als Dichtung.
Die Außenwand dieser 90 Grad Winkel ist flach, sieht in etwa so aus wie ein Würfel.
Die Idee ist nun, eine mit einer Dichtung (O-Ring) versehene Platte an dieser flachen Fläche anzubringen. Das wäre dann schon gasdicht, immerhin ist das Ventil selbst ebenfalls mit solchen Dichtungen nach außen hin abgedichtet.
Die Frage ist, wie diese Platte fixiert wird. Sie sind aber wohl recht zuversichtlich dass diese Platte sicher mit der Leitung verbinden können (durch Halterungen an der Leitung, nicht durch Schweißen).

Gruß,
KSC