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Der Scramjet-Antrieb

Ein Antrieb für die Überschallflugzeuge der Zukunft!?

Martin Henke offline
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Betreff: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 18.10.2009 - 13:49 Uhr  -  
Im Rahmen der Entwicklung neuer Überschallflugzeuge arbeiten Forscher auf der ganzen Welt derzeit an neuen Antriebstechnologien.
Eine davon ist der so genannte Scramjet-Antrieb. Dessen Arbeitsbereich beginnt erst bei mehrfacher Überschallgeschwindigkeit, was eine vorzeitige Beschleunigung der Flugkörper auf die entsprechende Geschwindigkeit voraussetzt.

Was bedeutet Scramjet eigentlich? Im englischen Supersonic Combustion Ramjet, was übersetzt soviel heißt wie: Überschallverbrennungs-Staustrahltriebwerk.

Die mit Überschall ins Triebwerk einströmende Luft muss nicht durch aktive Elemente wie Verdichter komprimiert werden. Die Verdichtung im Einlauf des Triebwerks vor der Brennkammer entsteht durch die hohe Geschwindigkeit der Gase selbst.
Die X-43A der Nasa erreichte mit diesem Antrieb am 16.11.2004 mit Mach 9,8 fast 10-Fache Schallgeschwindigkeit (anders ausgedrückt: etwa 11.000 km/h oder 3,05 km/s!).

In diesem Beitrag von 3Sat wird der Antrieb ja schon vorgestellt und im Windkanaltest gezeigt.
Die NASA hat auch noch ein schönes Video der X-43A bereit gestellt, wo die Beschleunigung des "Flugzeugs" über eine Rakete bis zur (animierten) Nutzung des Antriebs dargestellt ist. http://www.nasa.gov/mov/68174main_X-43A_480.mov
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Dieser Post wurde 2 mal bearbeitet. Letzte Editierung: 18.10.2009 - 13:55 Uhr von Martin Henke.
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stef_germany offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 18.10.2009 - 20:00 Uhr  -  
cool wäre das nicht eine Möglichkeit (vlt in Kombination mit Raketenantrieb) Satelitten in die Umlaufbahn zu bringen? Könnte man die Geschwindigkeit nochmal verdoppeln/verdreifachen so wäre das schon fdenkbar?
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Martin Henke offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 22.10.2009 - 00:47 Uhr  -  
Naja man muss das Teil ja dennoch erstmal Beschleunigen. Und je nach Nutzlast ist auch das ziemlich aufwendig. Ein Vakuum-Tunnel könnte da auch interessant sein.
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Jojo offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 23.10.2009 - 09:58 Uhr  -  
Ja, Screamjet für Orbitalen Transport wird nicht viel bringen - bisher können wir die Nutzlastmengen ja schon nicht auf Mach (X) bringen (jedenfalls nicht mir konventionellen Flugzeugantrieben. Zudem muss man auch immer noch ne große Oberstufe mitschleppen, denn die Geschwindigkeit von Screamjet reicht für LEO nicht ansatzweise (man muss auf rund (rechnerisch vergleichen mit der Schallgeschwindigkeit auf em Erdboden) Mach 28)

Was meist du denn mit Vakuum Tunneln?
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Dieser Post wurde 1 mal bearbeitet. Letzte Editierung: 23.10.2009 - 09:59 Uhr von Jojo.
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Martin Henke offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 23.10.2009 - 23:31 Uhr  -  
Es gibt Überlegungen, aus einer Röhre die Luft herauspumpen und so ein Vakuum erzeugen. Fahrzeuge (z.B. Magnetschwebebahnen) könnten sich in diesem Tunnel dann annähernd reibungsfrei bewegen und so sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen.

Bei der von mir vorgeschlagenen Anwendung, Flugkörper auf Mach X zu beschleunigen, gäbe es allerdings starke Probleme beim Übergang zwischen Vakuumröhre und Umgebung. Außer man baut den Tunnel in Form eines Turmes bis in große Höhen. Was logischer Weise enorme Kosten verursacht und sich deshalb nicht allzu schnell durchsetzen wird. Konventionelle Raketen sind da, man glaubt es kaum, sicher um einiges günstiger.
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Dieser Post wurde 1 mal bearbeitet. Letzte Editierung: 23.10.2009 - 23:32 Uhr von Martin Henke.
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Jojo offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 27.10.2009 - 13:18 Uhr  -  
Das Problem bei solchen Erdgebunden Ansätzen sind einfach unweigerlich die unglaublich hohen Beschleunigungen und gewaltigen notwendigen Leistungen (die man erstmal bereistellen können muss).
Will man z.B. eine Orbitalbahn (Anahme: DeltaV=8500m/s) über eine 1km (!!) lange Railgun erreichen ist man einer Beschleunigung von 36125m/s² ausgesetzt. Rund 3600 g. Das mag eine primitive Nutzlast aushalten, doch aus Orbitalmechanischen Gründen ist zwingend noch eine Kurskorrektur notwendig, sonst tritt man nach 1,5h wieder in die Erdatmosphäre ein. Und ein Raktetentriebwerk zu bauen, dass 3600g aushält wird nicht so leicht.
Auch eine Verlängerung der Railgun bringt nicht viel - der Zusammenhang ist Antiprotional: selbst bei 10km wären es noch 360g - Heutige Träger bleiben i.A. unter 36g (Vibrationen - Beschleunigungen in Flugichtung liegen noch eine Größenordnung drunter)
Zudem wäre die nötige Leistung bei nur einer Tonne Nutzlast: 36MW
Und eine 10km Startbahn, die zum Teil nach oben gerichtet ist faktisch nicht zu bauen.
Das selbe Problem ergibt sich auch bei einem Vakuum Tunnel. Zudem das man in dem ja auch schon auf Raketenmotoren angewiesen ist.

Schöner finde ich zum Beispiel die Ideen hier:
topic.php?t=126&page=last#last_post
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metalandertaler offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 07.01.2011 - 23:16 Uhr  -  
Zitat geschrieben von Martin

Naja man muss das Teil ja dennoch erstmal Beschleunigen. Und je nach Nutzlast ist auch das ziemlich aufwendig. Ein Vakuum-Tunnel könnte da auch interessant sein.


Vakuumtunnel für luftatmende Triebwerke? ... Nur so ne Frage...

Besten Grusz,
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Martin Henke offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 08.01.2011 - 19:00 Uhr  -  
Zitat geschrieben von metalandertaler

Vakuumtunnel für luftatmende Triebwerke? ... Nur so ne Frage...

Besten Grusz,


Und die ist berechtigt. Nur musst du bedenken, dass ein Scramjet ja erst bei größeren Machzahlen gezündet werden kann. Somit könnte die Beschleunigung tatsächlich in einem Vakuumtunnel stattfinden - z.B. mit Hilfe von Magnetspulen oder, was ich für eher unwahrscheinlich halte, mit einem Raketentriebwerk.
Sobald sich das Flugobjekt dann in der Athmospäre befindet kann der Scramjet problemlos gezündet werden :)
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Patryk offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 15.01.2011 - 19:26 Uhr  -  
Nur eine kleine Korrektur ^^ Faustregel für LEO: delta v ca = 10

Wird nicht an luftatmenden Antrieben für Raketen geforscht? Man muss ja nicht nach Sänger oder der X43 gehen und einen horizontalen Start annehmen. Jedenfalls wird Oxidatormasse gespart und Strukturmasse für den Tank und Pumpen, Leitungen etc.
Habe es zwar nicht durchgerechnet aber ich denke man wird nicht umsonst dafür Forschungsgelder verprassen oder?
Ich frag mich dabei, wieso man keine luftatmende Unterstufen für Veritikalstarter baut und zwar an den Seiten rangeklatscht und dazu noch 2 Booster für die Startgeschwindigkeit. Einen Booster dazwischen anstelle einer Zentralstufe könnte ich mir auch dazu vorstellen.
Okay im Endeffekt wären ganz viele Fesstoffantriebe meine Unterstufe und nicht meine Scramjets bei dem Stand der Technik...Aber wer weiß vielleicht ist die Chemie irgendwann so weit, dass man hybride luftatmende Booster baut? xD
Möchte mich jedoch nicht zu weit herauslehnen. Das sind bloß meine spontanten konstruktiven Ideen, welche ich gerne zur Kritik freigebe :D
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Jojo offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 16.01.2011 - 11:16 Uhr  -  
Zitat geschrieben von Patryk

Nur eine kleine Korrektur ^^ Faustregel für LEO: delta v ca = 10

Ich frag mich dabei, wieso man keine luftatmende Unterstufen für Veritikalstarter baut und zwar an den Seiten rangeklatscht und dazu noch 2 Booster für die Startgeschwindigkeit. Einen Booster dazwischen anstelle einer Zentralstufe könnte ich mir auch dazu vorstellen.
Okay im Endeffekt wären ganz viele Fesstoffantriebe meine Unterstufe und nicht meine Scramjets bei dem Stand der Technik...Aber wer weiß vielleicht ist die Chemie irgendwann so weit, dass man hybride luftatmende Booster baut? xD


Moin,

die 10km/s sind zweifellos eine gute Faustregel für Raketen, aber für Railguns scheint es mir nicht sinnvoll. Dann hier fallen ja sämtliche Gravitationsverluste weg. Zudem muss man ja - wie schon oben beschrieben - eine Apogäumszündung vorsehen. Entsprechend braucht man nicht die gesamte Orbitalgeschwindigkeit aufbringen. Oder übersehe ich da einen Faktor?

Soweit ich weiß ist das Schub/Masseverhältnis von luftatmenden Triebwerken einfach unhaltbar schlecht. Entsprechend kommt man damit nicht besonders weit. Beispiel wäre hier z.B. das F1 der Saturn V: Schub zu Gewicht dessen liegt bei etwa 80. Und das Verhältnis von Eurofightertriebwerk, das extra auf diesen Wert hin optimiert wurde: gerade mal 10. Logischerweise macht das wenig Sinn in der Raumfahrt, gerade, weil das deltaV, das man durch luftatmende Triebwerke sparen kann auch einfach klein ist, da die Atmosphäre schnell zuende ist.

Gruß,

Joachim
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Dieser Post wurde 1 mal bearbeitet. Letzte Editierung: 16.01.2011 - 11:16 Uhr von Jojo.
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Patryk offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 16.01.2011 - 20:27 Uhr  -  
Da gebe ich dir absolut recht. Jedoch dachte ich, dass der meiste Schub in der Phase benötigt wird wo noch genug Atmosphäre da ist - verwendete Booster fallen ja meistens nach 2 Minuten ab.
Israel forscht seit Ewigkeiten an Feststoff Scramjets, was auch immer das sein soll ^^ Und ich bin nach wie vor der Meinung, dass jedes Antriebsaggregat sinnvoll ist so lange es seine Verlustleistung, sei es wegen seiner Masse und seinem Luftwiderstand, kompensiert und zusätzlichen Schub liefert. Ob es im Endeffekt rentabel ist eine andere Frage.

Was meinst du eigentlich mit der Apogäumszünding bezüglich der Railgun? Hab anscheinend nicht aufmerksam genug gelesen.

Edit:
Hat sich erledigt^^ (Verweis auf Kurskorrektur) Also mit Railguns erreicht man höhstens ballistische Bahnen?
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Dieser Post wurde 1 mal bearbeitet. Letzte Editierung: 16.01.2011 - 21:46 Uhr von Patryk.
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Jojo offline
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Betreff: Re: Der Scramjet-Antrieb  -  Gepostet: 17.01.2011 - 20:53 Uhr  -  
Zitat geschrieben von Patryk

Und ich bin nach wie vor der Meinung, dass jedes Antriebsaggregat sinnvoll ist so lange es seine Verlustleistung, sei es wegen seiner Masse und seinem Luftwiderstand, kompensiert und zusätzlichen Schub liefert. Ob es im Endeffekt rentabel ist eine andere Frage.

Da hast du auf jeden Fall recht. Ich finde solche alternativen Konzepte auch zweifellos interessant, erwarte in der nahen Zukunft so etwa aber erstmal nicht. Das Abschaffen des Shuttles, Rakten mit großen Feststofftriewerksanteil (Vega, aber auch die Ariane V) zeigen, dass derzeitig einfache kostengünstige Systeme den Markt dominieren.

Zitat geschrieben von Patryk

Edit:
Hat sich erledigt^^ (Verweis auf Kurskorrektur) Also mit Railguns erreicht man höhstens ballistische Bahnen?

Jop, genau. Ein Objekt auf einem elliptischen Orbit erreicht (die typischen Annahmen, die zu dem Zweikörperproblem nach Kepler führen, müssen natürlich eingehalten werden) nach jedem Umlauf exakt den Punkt, an dem er als letztes beschleunigt wurde. und das ist in unserem Fall natürlich auf der Höhe unseres Erdbodens (auch wenn sich die Erde in der Zeit natürlich weiterdreht) und damit auf alle Fälle, selbst, wenn wir die Railgun hoch bauen, in der tiefen Atmosphäre. Somit würde nach einem Umlauf das Objekt wieder eintreten, und dabei viel Geschwindigkeit verlieren (oder verglühen, auch wenn es natürlich für den Start ein extremes Hiltzeschild braucht). Dadurch wird es abstürzen oder, selbst wenn sie es noch einmal "rum" schafft wieder im nächsten Umlauf eintreten.

Viele Grüße,
Joachim
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