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Geschrieben von: MK
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Montag, den 08. September 2008 um 21:00 Uhr |
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Ein wichtiger Teil eines Raketenantriebs ist die Düse.
Bei einer richtigen Auslegung setzt sich die Leistung eines Triebwerks zu 80 Prozent aus der Brennkammer und zu 20 Prozent durch die Beschleunigung und Expansion der Verbrennungsgase in der Düse.
Durch die konvergent-divergente Form der Düse wird die Unterschallströmung aus der Brennkammer im konvergenten Teil stark beschleunigt und erreicht im Hals genau Schallgeschwindigkeit. Um die nun vorliegende Überschallströmung weiter zu beschleunigen muss die Querschnittsfläche der Düse in Richtung der Längsachse wieder zunehmen, daher ist dieser Teil divergent.
Die 3 meistbenutzten Formen einer Düse sind:
- Die einfachste Düsenform ist die Kegeldüse, auch Laval-Düse genannt ( nach ihrem Erfinder Carl Gustav Patrik de Laval ). Sie besteht aus einem konvergent-divergenten Teil, mit jeweils konstanter Steigung. Diese Düsen sind zwar sehr einfach herzustellen, werden jedoch aufgrund ihres schlechten Wirkungsgrades heute kaum noch verwendet.
- Ideale Düsen erzeugen am Düsenende eine gleichförmige, parallele Strömung, um einen möglichst hohen Schub zu erreichen. Die ideale Kontur der Düse wird mittels eines Charakteristikenverfahrens berechnet. Da im hinteren Teil der Düse nur noch eine geringe Neigung vorhanden ist, und die Strömung schon vor dem Düsenende weitgehend parallel verläuft, kürzt man die Düse etwas, um Gewicht zu sparen. Hierbei spricht man von einer gekürzten idealen Düse ( TIC - Truncated Ideal Contour ).
- Bei den heutigen Raketentriebwerken ( Bsp. Vulcain II, Space Shuttle Main Engine ) werden meist sogenannte schuboptimierte Düsen ( TOC - Thrust Optimized Contour ) verwendet. Hierbei wird mit einem Charakteristikenverfahren und einer Variationsrechnung die Kontur berechnet, bei der der Schub maximiert wird. Die so erhaltene Kontur lässt sich durch eine Parabel gut annähern, weshalb man oft auch von Parabeldüsen spricht.
Für HyEnD wurde in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt DLR, Institut für Raumfahrtantriebe, Lampoldshausen, eine schuboptimierte Parabeldüse berechnet. Der Vorteil dieser Form gegenüber einer Kegeldüse ist neben dem höheren Wirkungsgrad auch, dass diese Düse bei gleicher Austrittsfläche und gleichem Schub nur 80% der Länge einer Kegeldüse hat und damit eine viel geringere Masse. Die verschiedenen Düsen-Konturen kann man im folgenden Diagramm sehr schön erkennen.
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Düse
