Schubkraft von Raketenmotoren

espega

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hallo,

ich hoffe, das ist das richtige forum.
also:
warum haben raketenmotoren im vakuum eine wesentlich höhere schubkraft?
z.b. die motoren vom shuttle orbiter. 1667 kN am boden und 2275 kN im vakuum.
woher kommt das?

Espega
 

Hippolyte

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Hallo,

:rolleyes: so genau weiß ich das auch nicht, aber ich könnte mir denken, daß dies an der Atmosphäre und dem unterschiedlichen Druck liegt. Wenn man sich einen Rakenstart anschaut, dann sieht man das sich der Abgasstrahl mit zunehmender Höhe verändert, er wird wenn ich mich jetzt richtig erinnere breiter.
Das ist wohl auch der Grund, warum Triebwerke der zweiten und dritten Stufe eine andere Auslassöffnung (das Teil hinter der Brennkammer) haben, als die Triebwerke der ersten Stufe. Somit müßte es mehr an der Konstruktion der Motoren selber liegen, ob sie besser im Vakuum oder in einer Atmosphäre arbeiten.

Gruß
Hippolyte
 

espega

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hallo,

so ganz befiedigt mich das noch nicht :)
ich habe aber auch schon selber gesucht, aber nichts wirklich gutes gefunden.
ich suche weiter (sporadisch)

Espega
 

Orbanaschol

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Hippolyte hat Recht.
Der atmosphärische Druck hat einen großen Einfluß auf die Performance einer Raketendüse. Der Sinn einer Düse ist ja, Druckenergie in Strömungsenergie umzuwandeln. Dabei ist das Verhältnis von Brennkammerdruck zu Außendruck eine entscheidende Variable. Je höher der Außendruck, um so niedriger das Verhältnis und um so schlechter die Leistung.
Durch die richtige Form der Düse kann man die Performance für einen bestimmten Außendruck optimieren. So gibt es Düsen, die nur für den Start vom Boden optimal eingesetzt werden können, andere sind für den Betrieb in der oberen Atmosphäre angepaßt und wieder andere, wie die OMS-Triebwerke des Shuttles funktionieren nur im Nahezu-Vakuum des niederen Erdorbits am besten.
Je nachdem, für welchen Außendruck eine Düse angepaßt wurde, richtet sich das Strömungsverhalten der Abgase, wenn sich der Außendruck (z. B. bei zunehmender Höhe) ändert. Die Gase werden in der Düse von einem bestimmten Brennkammerdruck auf einen bestimmten Druck am Düsenaustritt expandiert. Ist der Düsenaustrittsdruck höher als der Außendruck, so ist die Strömung unterexpandiert und sie expandiert außerhalb der Düse weiter. Das ist der Grund, warum der Abgasstrahl einer Rakete in zunehmender Höhe immer breiter wird.
Ist der (ausgelegte) Düsenaustrittsdruck kleiner als der Außendruck, so spricht man von einer überexpandierten Strömung. Der Abgasstrahl wird dann vom Außendruck eingeschnürt. Das würde passieren, wenn das Shuttle seine OMS-Triebwerke in der Atmosphäre zündete.
Sowohl Über- als auch Unterexpansion bedeuten Verluste und somit eine Schubminderung. Da die OMS-Triebwerke für einen Betrieb im Vakuum ausgelegt wurden, entwickeln sie auch dort die höchste Schubkraft. In der Atmosphäre verringert sie sich also durch die Überexpansion der Strömung.
 

espega

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hallo,

vielen dank für die ausführliche erklärung!
jetzt wird mir manches klar.
vermutlich war auch deshalb die düse des apollo-versorgungsteils so riesengroß.

Espega
 
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