Ich halte in der Schule ein Kurzreferat über Hybridmotoren. Da das alles Laien sind habe ich das Referat so aufgebaut das ich es anhand eines WHC J Hybriden und einigen Zechnungen verständlicher machen kann. Falls jemand so nett ist und sich es einmal durchliest, kann er dann acuh posten was ich anders schreiben sollte oder noch zusätzlich schreiben sagen sollte. Es sind sicherlich einige Fehler drin da das Referat nachts entstanden ist und ich schon etwas müde war.

MfG Fabian

Anhang: referat-hybridtriebwerke.zip

Hi,

Zum Punkt 2.1.:
Sekunden sind auch SI-Einheiten

Gruß
Reinhard

Naja, Tribrid ist nicht gerade eine übliche Treibstoffkombination, aber mit fest, flüssig und hybrid ist ja auch schon alles genannt.

M.W. erscheinen die Schallknoten nur dann, wenn das Gas in der Düse nicht perfekt expandiert wird, denn ansonsten würde es ja schön gleichmäßig ausströmen und sich nicht wieder einschnüren.

Ethanol und Spiritus ist (fast) dasselbe, Spiritus besteht zu 94-96% aus Ethanol.

Ansonsten ein gutes Referat!

Oliver

Hi Fabian

Vielleicht kannst du noch dieses hier noch in deinen Referat einbauen.

Gruß: Hermann

Ja das bild habe ich auch schon gesehen und überlegt, war mir aber nicht sicher ob ich es mit einbringen sollte aber wenn du meinst das es sinnvol ist mache ich das.

MfG Fabian

das mußt du wissen

Gruß: Hermann

Erstmal eine Danke an Boris, der das Referat auf Fehler untersucht hat und noch einige Sätze besser formuliert hat!

Hier das Referat mal direkt zum lesen, für die diejenigen es nicht downloaden/öffnen können/wollen:

Hybridtriebwerke
Die Motoren der Zukunft


1.1 Einleitung
Hybridtriebwerke dienen in Zukunft immer mehr der Raumfahrt, da sie viel Leistung bei wenig Treibstoff erreichen. Denn auf Grund von zu teuren Flügen die sich nicht mehr rentieren, stellt die National Aeronautics and Space Administration kurz NASA den Transport per Spaceshuttle ein.

Auch für die Forschung öffnen sich mit den Hybridtriebwerken neue Welten, denn es gibt etliche Kombinationen von Treibstoff zu Oxidationsmittel, Düsenform, Form des Grains und vieles mehr.

Das sind die Vorteile der Raumfahrt und Industrie. Aber was bringt mir ein Hybridtriebwerk als Raketenmodellbauer? Die herkömmlichen Feststoffmotoren kosten ab einer bestimmten Größe locker um die 80 - 90 Euro. Ein Hybridtriebwerk in dieser Größe würde bei einem Start nur 30 – 40 Euro kosten. Zudem braucht man für Hybridtriebwerke nicht zwingend einen Erlaubnisschein nach §27 der Sprengstoffverordnung (kurz: T2-Schein) da sich in dem Motor keine pyrotechnische Masse befindet. Ein Problem ist allerdings noch die Zündung. Hier benötigt man nämlich entweder ein teures Bodenequipment zum Zünden ohne Pyrotechnik, oder man nimmt ein wenig Treibstoff, der aber wiederum den T2-Schein erfordert.

Doch wer einen Hybrid fliegen möchte, der findet auch immer einen Weg dies zu tun, etwa auf einem der zahlreichen Flugtagen oder mit einem T2-Schein-Inhaber aus der Umgebung.

2.1 Motorenklassen
Die Motoren für den Raketenmodellbau werden in Klassen eingeteilt. Die Bezeichnung eines Motors gibt Auskunft über den durchschnittlichen Schub, den Gesamtimpuls die Brenndauer und die Verzögerung bis zur Ausstoßladung. Alle Zahlen bis auf die Verzögerung werden mit den gültigen SI-Einheiten angegeben, in diesem Fall also in Newton bzw. Newtonsekunden. Beispiel:

C6-3

Die Buchstaben geben den Gesamtimpuls an:

A = 1,25-2,5 Ns
B = 2,5-5 Ns
C = 5-10 Ns
D = 10-20 Ns
E = 20-40 Ns
.......
J = 640-1280 Ns

Diese Reihe kann theoretisch unendlich fortgesetzt werden.

Die zweite Zahl nach dem Buchstaben gibt den Durchschnittsschub an. Wenn der Gesamtimpuls durch den Durchschnittsschub geteilt wird erhält man die Brenndauer.

Dann kommt ein Trennstrich und die folgende Zahl gibt die Verzögerung in Sekunden an.

Den Motor den ich mal hier mitgebracht habe, hat die Bezeichnung J190: Brenndauer: ca. 4 Sekunden
Durchschnittsschub: 190N
Gesamtimpuls: 740Ns

Aber wie kann man diese Angaben eigentlich ermitteln? Hierzu gibt es spezielle computergesteuerte Schubmessstände, die in der Lage sind, sowohl kleinste Drücke zu messen, aber auch eine Kraft von mehreren Tonnen.

Aus dem Diagramm das sich dann am Computer zeigt kann man den Wert des Schubes jeder einzelnen Millisekunde ablesen und so präzise Angaben über den Motor machen.

3.1 Aufbau
Ein Hybridtriebwerk besteht normalerweise immer aus:

- Einem Casing (das ist das Gehäuse)
- einem Injector (so nennt man die Einspritzdüse)
- einem Grain (das ist der Treibstoffblock)
- einer Düse
- und aus Verschlüssen und Dichtungen für die Enden des Gehäuses
-
Wichtig ist das alle Dichtungsringe(auch O-Ringe genannt) an der richtigen Stelle montiert werden, dies ist manchmal schwierig da sich der eine O-Ring vom anderen nur um einen halben Millimeter unterscheiden kann!

Das Hybridtriebwerk ist wie folgt aufgebaut: An dem vorderen Ende sitzt eine Verschlusskappe, die die Düse und das Innenleben im Gehäuse hält. Dann folgt eine Düse, und sofort darauf das Grain. Nun kommt der Injector, der Oxidatortank und noch ein Endverschluss.
3.2 Das Casing:
Das Casing oder auch das Gehäuse ist das zentrale Bauteil eines Hybriden, das alle anderen Einzelteile zusammenhält. Das Gehäuse kann zudem auch gleichzeitig als Tank und Brennkammer dienen. Die meisten Gehäuse sind aus Aluminium gefertigt, da dieser Stoff sehr leicht ist und die Drücke innerhalb den Gehäuses, die manchmal bis zu 80 Bar betragen, sehr gut aufnehmen kann.

Damit aber trotzdem niemand verletzt wird wenn so ein Gehäuse doch mal platzen sollte, wird eine Legierung gewählt die nicht splittert sondern eher „aufreißt“. So ist eine große Sicherheit gegeben. Allerdings ist dieser Fall bislang noch nicht eingetreten da die Hersteller diese Treibwerke gründlich durchrechnen und testen lassen.

Bei Hybriden die nicht in Modellen verwendet werden, dreht man das Gehäuse meistens aus Stahl oder ähnlichen Materialien, da es dann billiger wird und nicht so auf die Wandstärke geachtet werden muss, da das Gewicht keine Rolle mehr spielt.
3.3 Der Injector
Der Injektor ist die Einspritzdüse für den Oxidator. Diese Düse muss auf den hundertstel Millimeter genau gebohrt sein, da sonst zu viel oder zu wenig Oxidator eingespritzt wird.

Mit der Größe der Einspritzdüsenöffnung bzw. /-Öffnungen kann der Schub sehr gut kontrolliert werden. Der Schub wird eigentlich in den wenigsten Fällen mit dem Treibstoff reguliert. Der Injector muss allerdings für die verschiedenen Oxidationsmittel auch eine passende Geometrie haben, denn manche Oxidatoren müssen sehr fein zerstäubt werden.

3.4 Das Grain
Das Grain ist der Treibstoff in einem Hybridtriebwerk. Dieser Treibstoff ist ein Feststoff und sieht aus wie eine Art Rohr. Mit dem Treibstoff kann man am meisten experimentieren.

Bei den Hybridmotoren für den Modellbau bieten sich Kunststoffe als Treibstoff an, zum Experimentieren kann man allerdings auch Papiergrains herstellen. Theoretisch ist alles Brennbare verwendbar, es wurden schon Hybride mit Salami und Käse geflogen!

Schon bei den Verschiedenen Kunststoffarten kann man sehen das der Schub stark variieren kann. Zudem ist es möglich den Treibstoffblöcke bei der Herstellung Additive hinzuzufügen, wie zum Beispiel:

- Eisen = Sprühender Funkenregen wie bei einer Wunderkerze
- Magnesium = sehr heller, weißer, kurzer, gebündelter, Abgasstrahl
- Zucker = Langer gebündelter Abgasstrahl
- Aluminium = Lautes helles Pfeifen, heller, ausgeprägter Abgasstrahl, optisch viel Schub, weißer Rauch.
- Titan = Kerzenförmige ausgeprägter Abgasstrahl, der leicht rötlich erscheint, viele umherfliegende Funken
-
Das sind allerdings noch lange nicht alle Treibstoffzusätze, die Variationen sind Quasi unbegrenzt.

Was auch noch eine Änderung der Schubkurve ausmachen kann ist die Form des Grains. Ein Standardgrain hat in der Mitte einfach eine Bohrung. Wenn ich aber jetzt eine sternförmige Bohrung in das Grain fräse, wird die Oberfläche um ein Vielfaches größer und somit steigt auch der Schub da viel mehr Material verbrennt.

Einen ähnlichen Effekt kann ich hervorrufen wenn ich Schlitze oder Kerben in das Grain mache. Das Grain ist wirklich ein sehr entscheidendes Teil des Hybridtriebwerkes und ich könnte noch viel mehr darüber erzählen nun zum nächsten Punkt.

3.5 Die Düse
Die Düse in einem Hybridtriebwerk muss sehr viel Hitze aushalten und darf trotzdem nicht oxidieren. Daher wird Sie oft aus Graphit gedreht.

Graphit hat allerdings einen sehr großen Nachteil, es ist ziemlich spröde. Daher muss beim Arbeiten mit einem Hybrid sehr darauf geachtet werden das die Düse nicht beschädigt wird.

Eisen oder Aluminium bekomme ich in jedem Baumarkt, Graphit nicht. Daher ist es auch teuerer und auch schwieriger zu bekommen, da es auch eine gewisse Qualität haben muss. Die Düse ist auch nicht einfach ein Stück Graphit mit einer Bohrung, sondern ein hochpräzises Teil, dass exakt die richtigen Winkel in den Senkungen haben muss!

Ist der Durchmesser der Düse zu klein würde der Innendruck in der Brennkammer zu groß und der Motor würde erlischen oder schlimmstenfalls platzen!

4.1 Der Oxydizer
Jede Verbrennung, auch die im Hybridtriebwerk, braucht Sauerstoff. Doch da das Grain im Triebwerk recht schnell verbrennen soll, reicht der Luftsauerstoff lange nicht aus. Die meisten Hybridtriebwerke im Modellbaubereich fliegen mit Distickstoffoxid, bekannt auch als Lachgas.

Distickstoffoxid hat die Formel N2O und spaltet sich bei ca. 600°C in Stickstoff und Sauerstoff.

Der Stickstoff wird ungenutzt durch die Düse nach außen befördert. Der Sauerstoff allerdings hilft nun dem Grain sehr schnell zu verbrennen. Da eine sehr große Menge Distickstoffoxid in dem Motor Platz finden muss, wird es flüssig bei etwa 80 Bar in den Tank gefüllt.

Ein Stoff der noch sehr häufig verwendet wird ist flüssiger Sauerstoff. Dieser hat natürlich den Vorteil das er voll und ganz die Verbrennung fördert und keine anderen Stoffe ungenutzt bleiben. Er hat die Formel O2.

Theoretisch kann jeder brandfördernde Stoff benutzt werden. Es gab auch schon Versuche mit:

Salpetersäure
Wasserstoffperoxyd
Stickstofftetroxid