Lukas' Blog - von Lukas Graber

22 33. Eintrag (Fr, 22.02.08)
getauften Triebwerken wird der Wasserstoff mit Luft verbrannt. Es handelt
sich hierbei allerdings nicht um einen typischen (SC-) RAMJET, sondern
eher um ein Raketentriebwerk mit der Option, durch Staudruck verdichtete
Luft direkt in die Brennkammer einzuleiten. Dazu wird die komprimierte
Luft zuerst abgekühlt, um die Dichte zu erhöhen, aber ohne, dass sie
sich verflüssigt. Über Turbopumpen wird die Luft in die Brennkammer
eingeblasen. Die Antriebsleistung für den Kompressor wird einerseits dem
Luftkühler entnommen und andererseits in einem Vorbrenner erzeugt. Die
Abgase des Vorbrenners werden auch in die Brennkammer geleitet, was
im Prinzip einem Triebwerk nach dem Hauptstromverfahren entspricht.
Das Triebwerk funktioniert bereits im Stillstand auf der Piste und soll, im
Falle von ”http://www.reactionengines.co.uk/sabre.html” ”Sabre”, einem
etwas grösseren Triebwerksmodell, einen Schub von 2000 kN entwickeln.
Im Falle von Sabre ist es sogar möglich, Flüssigsauerstoff einzuspritzen,
wenn die Atmosphäre verlassen werden soll. Für den Passagierjet (mit
Scimitar) ist das wohl nicht der Fall.
Was könnte denn der spezifische Impuls sein? Nehmen wir vereinfachend
an, dass der Brennkammerdruck und die Temperaturen ungefähr die gleichen
sind, wie für ein H2-LOX-Raketentriebwerk. Das Vulcain-2-Triebwerk
der Ariane 5 hat einen spezifischen Impuls Isp = 4256 Ns/kg. Es verbrennt
im Verhältnis LOX:H2 = 6,1:1 im Total, doch in der Brennkammer sogar
7.1:1, was den für uns relevanten Wert darstellt. Der Unterschied im
Falle von Vulcain ist übrigens darin begründet, dass das Triebwerk als
Nebenstrommotor mit Abgaswiedereinblasung die ”fetten” Abgase des
Gasgenerators nicht in die Brennkammer einbringt. Ihr ahnt schon, worauf
ich hinaus will: Der Luftsauerstoff wird der Atmosphäre entnommen,
womit der spezifische Impuls dramatisch steigt. Pro Kilogramm Edukte
entstehen 4256 Newtonsekunden. In diesem Kilogramm stecken aber
7.1/(8.1 - 1) = 877 Gramm Sauerstoff. Der spezifische Impuls beträgt
also 7.1 * 4256 Ns/kg = 30’218 Ns/kg. Im Vergleich dazu beträgt der
spezifischer Treibstoffverbrauch des Triebwerks CF6 von General Electric,
welches beispielsweise bei der Airbus A330 zum Einsatz kommt, SFC =
17.4 g/(kNs) = 17.4E-6 kg/(Ns) auf Reiseflughöhe. Der reziproke Wert
dividiert durch die Erdbeschleunigung entspricht gerade dem spezifischen
Impuls Isp = 1/(SFC * 9.81 m/s2) = 5’858 Ns/kg. Nun ist auch vollkommen
klar, weshalb die Reichweite des Passagierjets so traumhaft ist:
Im Prinzip wäre etwa die sechsfache Reichweite im Vergleich zum A330
möglich, was also sogar eine Weltumrundung non-stop möglich machen
würde.
Leider ist es aber mit ”http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoffspeicherung”
Wasserstoff so eine Sache. Auch im flüssigen Zustand (Schmelztempera-
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