Elektrische Antriebe

vger,

bei der Diskussion, hier geht es schon ums Konkrette. Daher sollte man seine Aussagen auch mit handfesten Dingen begründen, wenn man ernst genommen werden möchte. Eine allgemeine Behauptung mit Hinweisen auf Grundlagen der Physik...naja ist oft nichts-sagend. Es handelt sich nun mal bei deteilierten Ausseinandersetzungen um sehr viel Hirnschmalz und durch blösses Hinweisen und "gemeint Haben" ist es nicht getan. Sogar Genies müssen ihre Mitschreiter "bei der Hand nemmen" und zu der Endaussage hinführen.

MfG. Yevgenij

Ich habe eine Originalquelle für ein Beispiel genannt, die nachprüfbar ist und ich habe eine weitere Quelle für die Berechnung genannt. Das reicht aus um den Wirkungsgrad zu berechnen. Das reicht bei den Diskussionen die ich kenne aus. Ich sehe es nicht als meine Aufgabe an, hier ein Lehrbuch abzuschreiben, zumal das ganze sowieso off-topic ist. Es geht ja um elektrische Triebwerke, nicht chemische.

vger,

es ist natürlich verständlich. Doch leider haben nicht alle den (schnellen) Zugang zu den Quellen. Es hat sich hier einfach bewährt,  nach Möglichkeiten vor Allem dementierende Aussagen konkret darzulegen, um den Gedankengang bzw. die Argumentation schnell nachvollziehen zu können. Es ersparrt den Diskutanten einfach eine Menge Zeit. Es geht zügiger voran und man kommt schneller zu einer Verständigung, rutscht nicht ins Offtopic aus.

Es ist gut gemeint und soll keine Aufgabenauftrageung sein.

Privet

Wie schon gesagt. ich will die Antwort nicht schuldig bleiben, nur ist es eben nicht eine formel. der thermodynamische wirkungsgrad der auch Verluste in der Brennkammer und sie berücksichtigt ist definiert nach

w = (1 + v²) / (v² + (1/(c²/(2*dHo))))

mit v = u/c
dH0 = Differenz der freien Enthalpien der Edukte und Produkte
u = Geschwindigkeit der AbGase  beim Verlassen der Düse in m/s
c = theoretische Geschwindigkeit der Gase in m/s bei idealer Expansion

Von diesen Größen ist aber nur u bekannt. Alle anderen müssen durch andere Berechnungen gewonnen werden und daher kann ich eben nur die Angabe wiedergeben die andere für diesen Antrieb berechnet haben (siehe Quelle), weil die anderen Größen zur Berechnung fehlen. Es hat daher nichts mit nicht wollen zu tun, sondern wie ich schon geschrieben habe ist es ein bisschen zu komplex um es einfach in einer Formel auszudrücken, außer jemand hat die Werte für das HM-7B zufälligerweise parat.

Du hast da glaub ich eine Klammer zu vergessen und wie die Einheiten zusammenpassen, verstehe ich gerade nicht. Das v ist die Division zweier Geschwindigkeiten also Dimensionslos und die Enthalpie ist z.B. J/kg und die Wurzel dann m/s, der Kehrwert dann s/m und das ziehst du dann von v², also etwas Dimensionslosem ab?

Ich habe eine Klammer vergessen und aus einem + ein Minus gemacht. Sorry. Ich habe jetzt die Wurzel durch einen anderen Therm aus demselben Lehrbuch ersetzt und jetzt müssten auch die Einheiten stimmen.

Es gibt übrigens da noch einige Definitionen mehr, so den inneren Wirkungsgrad, der äußere Vortriebswirkungsgrad und der Vortriebswirkunggrad zur reaktionsbeschleunigung. Zumindest der erste ist deckungsgleich mit deiner Definition, erfasst aber nach T. Esch keine Strahlverluste und Verbrennungsverluste.

Hallo,

Hat mal jemand was von "electrodeless" (dh "cathodless" und "anodeless") electric propulsion gehoert? Scheinbar ist es jetzt einer Firma gelungen eine solche Technologie herzustellen:
http://www.satnews.com/cgi-bin/story.cgi?number=1922780282

Inwiefern differenziert sich diese Technologie von herkoemmlichen elektrischen Antrieben? Hat da jemand einen Schimmer?

Abstract

A thruster has a chamber defined within a tube. The tube has a longitudinal axis which defines an axis of thrust; an injector injects ionizable gas within the tube, at one end of the chamber. A magnetic field generator with two coils generates a magnetic field parallel to the axis; the magnetic field has two maxima along the axis; an electromagnetic field generator has a first resonant cavity between the two coils generating a microwave ionizing field at the electron cyclotron resonance in the chamber, between the two maxima of the magnetic field. The electromagnetic field generator has a second resonant cavity on the other side of the second coil. The second resonant cavity generates a ponderomotive accelerating field accelerating the ionized gas. The thruster ionizes the gas by electron cyclotron resonance, and subsequently accelerates both electrons and ions by the magnetized ponderomotive force.

das hier habe ich über die Homepage der firma gefunden. irgendwie wird das gas über mikrowellen ionisiert? kann das sein? Mit der Resonanzfrequenz der Elektronen? Mit einem Magnetfeld werden dann die Ionen und freien Elektronen beschleunigt.

Vielen Dank fuer deine Recherchen. Das macht die Sache schon etwas klarer.
Obwohl mir die Technologie immer noch nicht zu 100% klar is haette ich eine weitere Frage zum Thema:
Inwiefern ist dies eine Weiterentwicklung zu herkoemmlichen elektrischen Antrieben? Was ist der Vorteil von "electrodeless electrical propulsion"?

es gibt 3 verschiedene "Hauptgruppen" von elektrischen Triebwerken.

1. Elektrothermische Triebwerke: Heizen einfach mit Strom den Treibstoff aus, und funktionieren ab dann wie ein chemisches Triebwerk, Expansion durch eine Düse

2. Elektrostatische Triebwerke (meist mit Ionentriebwerk benannt): Ionen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt. Normalerweise wird das Feld eben mit Elektroden aufgebaut und dann die Ionen beschleunigt. Beachten muss man dabei, dass die Ionen nach dem Beschleunigen unbedingt neutralisiert werden müssen, sonst würden sie ja nach dem Austreten aus dem Triebwerk wieder durchs elektrische Feld zurückgezogen werden. Der Neutralisator scheint jedoch ein anfälliges und relativ begrenzt haltbares Teil zu sein, worin dann der Vorteil der Triebwerke ohne Elektroden bestehen würde.


3. Magnetoplasmadynamische Triebwerke (MPD): Ionen werden nicht durch ein elektrisches Feld, sondern durch ein Magnetfeld und der Lorentzkraft beschleunigt.


Gut sieht mand as an der folgenden Tabelle, habe ich aus einer Präsentation des IRS der Stuttgarter Universität

Hallo Nick

Elektrische Triebwerke sind eigentlich immer ziemlich ähnlich aufgebaut.
1) Eine Zuführung der Stützmasse
2) Ionisationskammer
3) Heizkammer
4) Beschleunigungsstrecke

Wie jede einzelne Aufgabe erfüllt wird, wird bei den unterschiedlichen Triebwerken verschieden gelöst. Es gibt zum Beispiel Triebwerke mit Anode und Kathode, die einen elektrischen Strom benutzen um zu heizen und gleichzeitig die Stützmasse  zu beschleunigen. Leider werden die Anoden dabei sehr heiß. Obwohl die Anoden aus richtig gutem Material sind, die Lebensdauer der Anoden sind begrenzt. In Einzelfällen werden hohle Anoden benutzt, die von innen her gekühlt werden können.

Deshalb wird intensiv an Triebwerken ohne Anode geforscht. In die Heizkammer werden häufig elektromagnetische Wellen eingespeist, die Frequenzen im Radiobereich einspeisen (siehe RITA aus München und genauso VASIMR). Leider ist der Wirkungsgrad der Erzeugung der Radiowellen ziemlich mies. Hinten dran kommen als Beschleunigungsstrecke magnetische Felder, die durch Magnete erzeugt werden. Daher auch das Interesse an supraleitenden Magneten.

Sehr spannend finde ich das Smart Triebwerk, daß eigentlich eine russische Erfindung ist. Durch eine originelle Anordnung der Spulen vermeidet man hohe Raumladungsdichten und das Triebwerk kann sehr klein und leicht gebaut werden. Damit ist die SMART Sonde zum Mond geflogen. Es hat hunderte Stunden ohne Probleme gearbeitet

Meine persönliche Meinung ist, daß elektrische Triebwerke heute schon ganz toll arbeiten. Das eigentliche Problem ist, woher ich die elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Triebwerke bekomme. Um richtigen Schub zu erzeugen braucht man richtig viel Power.

Gruß von Matjes

Ionen werden nicht durch ein elektrisches Feld, sondern durch ein Magnetfeld und der Lorentzkraft beschleunigt.

Die Lorentzkraft wirkt doch aber senkrecht zur Bewegungsrichtung geladener Teilchen. Kommt es da nicht nur zu einer Richtungsänderung? Benötigt man zur Beschleunigung nicht trotzdem ein elektrisches Feld?

GG, erklär ich dir, wenn ich die entsprechende Vorlesung gehört habe^^ also innerhalb der nächsten 12 Wochen

bei wiki ists aber auch mit bildchen erklärt. das feld ist radial oder sowas...
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetoplasmadynamischer_Antrieb

Bei der VASIMR-Grafik sieht man, dass die Magnetfelder dafür da sind, das ionisierte Gas zu einem Strahl zu bündeln und beim Austritt von der Düse fernzuhalten. Das können Magnetfelder.

Die anderen beiden Grafiken sind leider nicht so aussagekräftig. Ich könnte mir aber vorstellen, dass man die MF so einsetzt, dass sie die erhitzten, ionisierten Gase auf einer gebogenen Bahn zu einem zentralen Strahl bündeln. Die damit verbundene Druckerhöhung sorgt dann für die zusätzliche Beschleunigung. Auch das Konzentrieren kann die Lorentzkraft leisten.

Super Debatte

kann man mit der Lorentz-Kraft beschleunigen? Nehmen wir bitte als Beispiel die elektrische Entladung.
Also ein elektrisches Triebwerk mit Kathode. Die mit der schlechten Haltbarkeit.

F = v x B als Vektorengleichung stehen alle senkrecht aufeinander.

Die Kraft muß aus dem Triebwerk herausgehen. Das ist das Ziel.

v ist die Geschwindigkeit der Elektronen, die aus der Kathode austreten und senkrecht zur Anode gehen. Sie treffen unterwegs als schnelle Elektronen das Plasma der Stützmasse und übertragen zusätzlich Wärme. Und sie sind senkrecht zur erwünschten Beschleunigung der Stützmasse.

Ihr merkt. Es kommt noch auf B an. B muß senkrecht stehen zu v und senkrecht zur Kraft. B ist das Magnetfeld. Aber wie muß B aussehen. Senkrecht, dann bleibt für B nur noch was. Es muß Radial sein. Die Magentfeldlinien werden durch Kreislinen um die Kathode beschrieben. Und darauf kommen nur Russen. Das war der neue Ansatz des Smart Triebwerks. Ihr merkt schon, daß ich das Smart-Triebwerk geil finde.

Und ich habe es anfänglich auch nicht geglaubt, daß man durch die Lorentz-Kraft ein Triebwerk bauen kann.

Gruß Matjes

Habe ich immer noch nicht richtig geschnallt. Eine Skizze wäre vielleicht hilfreich.

Die Elektronenströme gehen radial ab. Man kann sie also mit geraden Leitern vergleichen, deren Magnetfeldlinien als Kreise um diese erscheinen würden. Wie sieht dann das Gesamtfeld aus. Am Ende soll es natürlich die Ionen in Richtung Ausgang beschleunigen und das könnte klappen.

Ich kann mich noch an die verschlungenen Leiterbahnen der felderzeugenden Spulen bei einem Kernfusionsversuchsreaktor (ich glaube es war ein Wendelstein-Stellerator) erinnern. Hier bestimmt letztlich auch das Zielfeld die Form der Spulenwindungen.

Hallo GG

die beste Seiten, die ich auf die schnelle dazu finde ist:
http://meyweb.physik.uni-giessen.de/EP-Antrieb/tuts/typen/typen.html#hall
http://smart.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=34201&fbodylongid=1538

Der Antrieb von Smart-1 wird als Hall-Triebwerk bezeichnet, weil es den Hall-Effekt ausnutzt.
Bei den Quellen steht auch etwas zu den anderen elektrischen Triebwerken.

Am Montag suche ich dann noch mal gründlicher.

Gruß Matjes

Danke, jetzt ist der Groschen gefallen.

Ich lasse diesen alten Thread mal wieder aufleben! 

"KBKhA Woronesch testet elektrisches Triebwerk
Das Konstruktionsbüro für Automatisation der Chemie (KBKhA) teilte am 13. Januar 2016 mit, dass man auf einem Vakuumprüfstand eine Reihe von Tests mit einem speziellen elektrischen Triebwerk erfolgreich abgewickelt habe."

Weiter geht es mit einem Artikel von Thomas Weyrauch auf der Portalseite:
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/22012016145325.shtml

LG
Rücksturz

Die NASA hat einen Vertrag zur Entwicklung eines 100kW Hall Triebwerksystems an Aerojet-Rocketdyne vergeben.  Ebenfalls enthalten ist die Entwicklung eine 250kW Triebwerkes basierend auf AR's multi-channel Nested Hall Thruster technology sowie wichtige Elemente einer modularen 100-kilowatt Power Processing Unit (PPU) und Teile eines modularen Xenon Foerdersystems. Wert des Vertrages ist 2,5Mio USD.

http://www.spacedaily.com/reports/Aerojet_Rocketdyne_to_help_develop_high_powered_Nested_Hall_Thruster_system_999.html

Wie soll eigentlich die >100kW Stromversorgung gelöst werden? Mit qkm großen Solarzellen?

Wie soll eigentlich die >100kW Stromversorgung gelöst werden? Mit qkm großen Solarzellen?

Na ja, schon herkömmliche Solarzellen liefern bisweilen 100 Watt pro Quadratmeter, das wären dann für 100 KW nur 1.000 Quadratmeter.

Es gibt derzeit faltbare Solarsysteme mit ca. 10m Durchmesser und ca. 35kW Leistung auf dem Erdorbit. Diese haben ca. 150kg Masse.
Gute Antriebe können in der Regel mit verschiedenem ISP arbeiten, derzeitige Laborsysteme gehen bis zu 190km/s bei 250kW und 2,5N aus.
Das ist zwar sehr gut was den Treibstoffverbrauch betrifft, aber schlecht für den Energiebedarf da dieser mit ~v² ist.
Für 250kW braucht man heute ca. 1150kg Solarsysteme.
Arbeitet man mit nur 30km/s, sinkt der Energiebedarf um den Faktor 40, der Treibstoffbedarf steigt um den Faktor 6,3 und der Schub steigt um den selben Faktor.

Der Wirkungsgrad ist sicher so das ca. 400W/m² in Erdnähe erreichbar sind.

Gute Antriebe können in der Regel mit verschiedenem ISP arbeiten, derzeitige Laborsysteme gehen bis zu 190km/s bei 250kW und 2,5N aus.

190km/s - dafür hätte ich gerne eine Quelle.

Die Aerojet-Rocketdyne Beauftragung bezieht sich wohl auf das X3 Triebwerk, in dem praktisch 3 Systeme in einem integriert sind (daher multi-channel). Der innere Ring wird mit 60 kW betrieben, der mittlere mit 100kW und der äußere mit 150 kW. Gemessen wurde dabei ein maximaler Druck von 1518 mN und ein ISP von 1840s.

http://pepl.engin.umich.edu/pdf/IEPC-2015-125.pdf

Deinem Wunsch entsprechend hier:
http://www.esa.int/gsp/ACT/pro/projects/ds4g_overview.html
und hier:
http://www.esa.int/gsp/ACT/pro/projects/ds4g_description.html

Eine Zahl ist sehr bedeutend, das Ding würde nur 1kg Masse haben bei 20cm Durchmesser und 250kW Leistung, 193km/s und 2,5N.