Mechanischer Antreib

Otz

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Hallo zusammen,

wie ja wohl allgemein bekannt ist, sind die chemischen Triebwerke die wir (also die Menschheit) heut zu tage bauen, zu 99% ausgereift, und es werden kaum noch verbesserungen möglich sein. Die Geschwindigkeit der Gase aus den Triebwerken kann nicht mehr erhöt werden.
Nun habe ich mir gedacht, müsste man einen anderen Weg finden, etwas nach hinten "raus zu stoßen". Wie wäre es z.B mit kleinen Bleikügelchen, vielleicht 1mm Durchmesser. ´Jetzt gibt's bloß das Problem des beschleunigens. Schließlich müsste die Ausstoßgeschw. 15Km/s betragen, damit man einen deutlichen Vorteil gegenüber der chemischen Antriebe hat.
Meine Idee ist bis jetzt, dass man die Kügelchen in einem Rad, beschleunigt.
Man kann sich das vorstellen wie ein Schaufelrad am Bach. Viele kleine Kammern am Umfang des Rades verteilt, mit den Bleikügelchen drinnen. Jetzt muss das Rad eine Drehzahl von ungefähr 2400 Umdrehungen pro Sekunde erreichen (da ist schon das erste Problem, wäre aber bestimmt möglich zu schaffen). Damit man eine Umfangsgeschw. von 15Km/s erreicht, müsste das Rad einen Radius von ca. 1 Meter haben. Und dann muss man nurnoch die Bleikügelchen alle an einem Ende "raus" lassen. Der Impuls wird nun auf das Raumschiff übertragen. Jetzt kann man das Rad wieder abbremsen, neu auffüllen und wieder von vorne beginnen. Beim abbremsen des Rades müsste man natürlich die Energie speichern, um anschließend die erneute Beschleunigung des Rades zu vereinfachen. So, ich denke, das reicht fürs erste. Es gibt da noch so ein paar kleinigkeiten, die man berücksichtigen muss, aber jetzt möchte ich erstmal eure Meinung dazu hören.

Hier nochmal die Vorteile:
1. Einfache lagerung des "Treibstoffes" (der Bleikügelchen)
2. Eine um fast 500% vergrößerte Nutzlast

Und wenn das mal nicht eine potentielle Geldquelle ist :rolleyes:
 

lierob

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bei elekromagntischen antrieben wurden zunächst auch quecksilbertropfen durch ein feld beschleunigt....bei einem mechanischen antrieb würde ja allein schon der weltraummüll extrem vermehrt werden. prinzipiell wäre er sicher machbar, sicher aber sehr unpraktisch was die lenkung beträfe.

meine hoffnung ist eher dass nuklearantriebe (für den start in den orbit) erneut ausgegraben werden. für den antrieb im weltraum haben wohl in absehbarer zukunft elektrische antriebe die nase vorn... die entwicklungen hier z.b. mit ionen oder lichtbogenantrieben sind fast schon revolutionär statt evolutionär

zu der radsache gibts auch hier schon was http://www.koordinaten.de/cgi-ko/wikikexikon.cgi?begriff=Rotationsschleuder


mfg lierob
 
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Otz

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Hi, also das mit dem Weltraum Müll kann man recht einfach "umgehen".
Und zwar bin ich ja von einer Austrittsgeschwindigkeit von 15Km/s ausgegangen. Da die Fluchtgeschwindigkeit der Erde allerdings "nur" 11,2Km/s beträgt, sind all die vielen kleinen Bleikugeln spätestens nach einem halben Erumlauf auserhalb des Schwekraftfeldes der Erde, und somit keine Gefahr mehr für die Erdsatelitten. Und im restlichen Sonnensystem fliegen sowie milliarden von kleinst Partikeln.

Und die lenkung denke ich müsste man wie bei "herkömlichen" Antriebssystemen machen, bei kleinen Änderungen einfach die Austrittsöffnunf minimal verschieben und bei größeren halt die ganze Raumsonde drehen.
Um den Drehimpuls des einen Rades entgegen zu wirken, brauch man einfach nur ein zweites Rad, was genau so funktioniert, bloß anders herum dreht. Und die Lage der Sonde im Raum kann man ja wie bisher durch 3 Drallräder steuern.
 
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lierob

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aber wo ist der vorteil gegenüber einer elektromagnetischen beschleunigung statt einer mechanischen?
ich gehe davon aus, dass der wirkungsgrad deutlich schlechter und die leistungsaufnahme deutlich höher wäre (insbesondere durch das abbremsen/beschleunigen des rades+bleikugeln zum "nachladen", reibung) als bei einem rein elektromagnetischen antrieb.
dazu sind diese weniger kompliziert, kleiner und die beschleunigung wäre konstant statt wie bei der mechanischen variante bestenfalls für millisekunden alle xxx sekunden (wie lange auch immer bremsen, nachladen, beschleunigen braucht). ausserdem halte ich ein 1m rad mit >2000 u/min für technisch kaum realisierbar sobald einige der bleikugeln fehlen und das system damit eine unwucht hat bzw. diese irgendwie auszugleichen

dazu scheinen die diversen elektrischen antriebe noch sehr entwicklungsfähig zu sein und austrittsgeschwindigkeiten über 200km/s zu ermöglichen, also zehn mal effizienter.
 

Otz

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Wahrscheinlich hast du recht.
Der Vorteil sollte halt in dem deutlich hören Schub liegen, da die Bleikügelchen mehr wiegen als die Elektronen. Vielleicht könnte man ja auch das Sytem verbessern, das man einen gleichmäßigen Ausstoß der Kügelchen erreicht.

Gestern abend ist mir die Idee gekommen, dass man das Rad etwas anders konstruieren könnte. So eine Art Schnecke im Rad, die von der Drehachse nach außen führt und da offen ist. So könnte man die Kugeln innerhalb dieser Schnecke gleichförmig nach außen tragen. (Ich habe auch eine Skizze dazu angefertigt, allerdings weis ich leider nicht, wie ich das Bild an den Beitrag anhängen kann) Das erledigt praktisch die Fliehkraft. Wenn man jetzt jeden 1/100 Sekunde eine neue Bleikugel in die Schneke befördert, hätte man einen gleichmäßigen Schub von 142,5 KN wenn

- 2. Räder die entgegengesetzt drehrichtung haben
- eine Austrittgeschw. von 15000 m/s erreicht wird
- Bleikugeln einen durchmesser von 1mm haben

Und der bisher erreichte Schub von den besten Ionen Triebwerken liegt bei 0,2 N also nur knapp 1/700000 von dem was mit den Bleikügelchen möglich wäre. Das bedeutet, das man relativ schnell, also ähnlich wie mit Chemischen Treibstoffen beschleunigen kann. Der Vorteil der Bleikügelchen soll also die Vorteile beider Antriebsarten verbinden. Hoher Schub und trotzdem hohe Austrittgeschwindigkeit -> hohe endgeschwindigkeit bzw. größere Nutzlast
Und zudem ist Blei am einfachste lagerbar.
Hier nochmal die Vor-Nachteile von Treibstoffen für Ionentriebwerke:

-Cäsium und Rubidium (leicht ionisierbar, aber niedrige Dichte und müssen erst verdampft werden)
-Quecksilber (leicht verdampfbar, hohe Dichte, schwer ionisierbar)
-Xenon (schwer ionisierbar, gasförmig - geringe Dichte)
 

lierob

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Martin

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Hallo Otz,

und wodurch wird das Schaufelrad angetrieben? Wie wird es gekühlt? Wieviel Masse bleibt für die Nutzlast, wenn Du den "Bleitreibstoff" + die Energieversorgung für das Rad mitschleppen mußt?

Die chemischen Treibstoffe wird sicherlich in naher Zukunft zumindest für den Start in den Orbit niemand ablösen. Und für alles darüber hinaus wird je nach Mission der elektrische oder der nukleare Antrieb das Rennen machen.

Martin

PS.: Selbst der erste Warpantrieb wurde in Star Trek 8 mit Hilfer chemischer Treibstoffe in den Orbit befördert, obwohl das die dort gezeigte Titan II wahrscheinlich nicht schaffen würde (Nutzlast LEO knappe 4t).
 

Otz

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Nun, als Antrieb hatte ich mir ein oder zwei Elektromotoren vorgestellt.
Allerdings habe ich mir darüber noch keine genaueren gedanken gemacht.
Bei der kühlung weis ich auch leider nicht, wie man das anstellen könnte.
Vielleicht könnte man die wäreme über Kupferbleche in das Weltall abtragen.
Kupfer leitet sehr gut wärme, bloß beim Gewicht harperts natürlich. Vielleicht gibts ja einen leichteren guten Wärmeleiter.
Wenn man die Energieversorgung mitschleppen muss, sinkt der Vorteil gegenüber den konventionellen Antriebssystemen dramatisch. Es gibt 3 Möglichkeiten:

1. Durch chemische Reaktion
- Das hat den nachteil, dass man sehr viel Wasserstoff und Sauerstoff, oder halt andere chemische Treibstoffe/Oxidatoren mit "schleppen" muss, was die Nutzlast deutlich veringern würde...

2. Durch Solarpanele
-Hat den Nachteil, dass die Panele auch nur eine begrenzte Leistung haben, und somit die Ionentriebwerke genau so viel Schub liefern können. Der einzige Vorteil wäre vielleicht, dass meine Elktromotoren einen höheren Wirkungsgrad haben als Ionentriebwerke, aber da kenne ich mich zuwenig aus, um eine sichere Aussage machen zu können

3. Durch ein "Atomkraftwerk"
-Vorteil: Endlich die benötigte Energieabdeckung
- Nachteil: Liegt ja eigentlich auf der Hand ;) "Strahlung bei einem Unfall usw."

Klar, wenn die Entwicklung einfach wäre, gäbs das System bestimmt schon, aber es hat ja auch nie einer behaupted das es simpel ist ;)
 

TinoKuBa

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?

Ich denke dass ein solcher Antrieb mehr Nachteile als Vorteile hätte.
Hier mal 3 Beispiele:
1. Reibungsenergie: Man verliert viel zu viel Energie auf Grund der Reibung der Kugeln.

2. Komprimierung: chemische Antriebe haben die Vorteile, dass Sauerstoff und Wasserstoff stark komprimiert werden können, außerdem erlangen sie durch Verbrennung einen zusätzlichen Volumenzuwachs, daraus folgt Druck, dass ist mit Bleikugeln nicht möglich.

3. Abnutzung: Die Abnutzung im Antriebsaggregat wäre gigantisch, wann würde grad mal der Gravitation der Erde entkommen sein, da müsste man schon den Antrieb reparieren, weil überall beulen wären.
 
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