Raketen

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Achtung: Einige der hier beschriebenen Verfahren fallen unter das Sprengstoffgesetz und sind genehmigungspflichtig!

Raketen und Raketenantriebe

Raketen werden abhängig von der Größe einer Rakete, Einsatzzweck oder Einsatzumgebung mit unterschiedlichen Antriebssystemen angetrieben die alle nach dem Rückstoßprinzip arbeiten. Der Rückstoß wird überwiegend durch Verbrennung erzeugt aber auch durch "kalte" chemische Reaktionen bei denen z.B. Dampf erzeugt wird. Etwas exotischere Vertreter der Rückstoßantriebe sind Nuklearantriebe, Elektronenantriebe, oder Photonenantriebe.

Eine Bauart ist der Hybridantrieb.

Diese Bauart interessiert mich besonders da sie relativ leicht zu bauen sind, über recht passable Leistung verfügen, der Betrieb kann im Notfall unterbrochen werden und auf Grund der deutschen Gesetzgebung der Bau von Feststoffraketenantrieben mit erheblichem Genehmigungsaufwand verbunden ist, der den Hobbyrahmen bei weitem Sprengen würde. 

Ein Hybridmotor besteht aus einer Brennkammer die mit einem festen Brennstoff gefüllt ist und einem Tank in dem ein flüssiger oder gasförmiger Oxidator enthalten ist. Zur Zündung des Motors wird der Brennstoff partiell auf seine Zündtemperatur erhitzt und dann der im Tank befindliche Oxidator über einen Injektor in die Brennkammer geleitet. In der Brennkammer bilden sich heiße Verbrennungsgase die über eine Düse entspannt werden. Die Düse wandelt somit den Druck in Schub.

Grundlage für das Motorkonzept ist die Verwendung eines auf dem Markt befindlichen und im deutschen Raum verbreiteten Motorgehäuses des wieder ladbaren Feststoffraketenmotors BC125 von E. Maurer.

Bild: BC125

Das BC125 - Gehäuse bekommt eine größere Düse und eine Injektorplatte. Zum freigeben des Oxidators, in diesem Fall ist es N2O, dient ein für dieses Projekt von mir entwickeltes Ventil welches durch einen kleinen pyrotechnischen Satz betätigt wird. Dadurch ist es möglich innerhalb kürzester Zeit den Gasstrom frei zu geben.

Um die Performance des Hybridmotors zu testen war es notwendig einen Schubmessstand zu entwickeln. In der folgenden Abbildung ist dieser  mit montiertem Hybridmotorsystem zu sehen. Um den Einsatzbereich des Teststandes möglichst breit zu halten habe ich eine Montageplatte vorgesehen die es ermöglicht verschiedene Komponenten die zu einem Motorsystem gehören zu montieren. Die Montageplatte in Längsachse beweglich und reibungsfrei mit einem Stahlgestell verbunden.

Im Behälter (1) ist der Oxidator enthalten der über das pyrotechnisch betätigte Ventil (2) den Oxidator in die mit Brennstoff gefüllte Brennkammer (3) leitet. Die 2 aus der Düse geführten Kabel gehören zu einem pyrotechnischen Satz der den Brennstoff innerhalb kürzester Zeit auf Zündtemperatur erwärmt. Die Drucksensoren (4) und (5) dienen zur Messung des Tankdrucks und des Brennkammerdrucks. Der Behälter (6) enthält N2O welches über ein Nadelventil mit geringem Massenstrom Gasphase zur Unterstützung der Zündung in die Brennkammer leitet. Der Messbereich der Kraftmessdose (7) beträgt 2kN. Die rechnergestützte Datenerfassung (8) erfolgt mit einer Auflösung von 12 Bit.

In den folgenden Abbildungen ist der Testbetrieb des Hybridmotorsystems auf dem Teststand zu sehen. Das erste Bild zeigt die Zündphase und das zweite Bild die Hauptbrennphase.

Durch Verbesserung der pyrotechnischen Ladung zum Anwärmen des Brennstoffes auf Zündtemperatur ist der zusätzliche Gasstrom zur Unterstützung der Zündung überflüssig geworden.

 

Zur Steigerung der Leistung habe ich nun die Brennkammergestalt grundsätzlich geändert um eine größere Reaktionsfläche in dem geometrisch nicht veränderten Brennkammergehäuse zu realisieren. Der zentrale, axial einspritzende Injektor ist nicht mehr vorhanden. Der Oxidator wird radial durch mehrere Bohrungen eingespritzt. Der Vorteil dieser Einspritzung ist eine Vergrößerung der Reaktionsfläche die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit bringt eine Verlängerung der Reaktionszeit im Bereich der  Brennstoff / Oxidator - Kontaktfläche.

 

Dieses Bild zeigt das Injektorgehäuse mit den radialen Bohrungen.

 

Hier ist das Injektorgehäuse mit eingelegtem Brennstoff (schwarz) von der anderen Seite zu sehen. Die große Bohrung im Brennstoff ist der Düse zugewandt.

 

 

 

 

 

 

Dieses Bild zeigt das Injektorgehäuse, einen Teil des BC125 Motorgehäuses und die Verschlussplatte mit den Dicht- und Befestigungselementen in ihrer Einbaureihenfolge.

 

 

 

Ein Testlauf ist in Vorbereitung.