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Raketen Funktion

Nachfolgend werden die gängigsten Systeme erklärt.
Rückstossprinzip
Einem Triebwerk entströmen Masseteilchen des
verbrannten Treibstoffs aus der Düse. Da nach Newton einer Reaktion
(dem Ausströmen) eine Gegenreaktion folgt, wirkt demnach eine
entgegengerichtete Kraft auf die Rakete (der Rückstoß). Diese
Kraft bewegt die Rakete vorwärts.
Vereinfacht gesagt besteht ein Raketenantrieb aus Tank, Brennkammer und einer Schubdüse. Anders wie bei den "Luftatmenden" Triebwerken führt die Raketen den Oxidator mit.
Feststofftriebwerk
Bei einer Feststoffrakete besteht der Antriebssatz aus fester Materie Der Sauerstoff für die Verbrennung wird gebunden als fester Stoff mitgeführt.
Klassisches Anwendungsbeispiel sind die Feststoffbooster am Space Shuttle, Raketenwerfer, Aussteigehilfe an Schleudersitzen oder die kleinen Schwarzpulvertreibsätze der Feuerwerksraketen.
Vorteile: Die Lagerung ist einfach, geringe Kosten da sehr einfacher Aufbau.
Nachteil: Schubsteuerung schwierig, keine Möglichkeit das Triebwerk auszuschalten wenn es läuft. Kann zu gefährlichen Explosionen führen.
Flüssigstofftriebwerk
Wie es der Name schon verrät werden diese Treibwerke mit Flüssigem Brennstoff sowie flüssigem Oxidator betrieben. Die beiden Substanzen werden getrennt von den beiden Tanks über eine Turbopumpe in die Brennkammer gepumpt. Die Turbopumpe wird z.B. mittels Dampf betrieben, der in einem Dampferzeuger aus Wasserstoffperoxid (H2O2) erzeugt wird. In grösseren Triebwerken wird die Brennkammerwand mittels Oxidator (bei flüssigem Sauerstoff ca. minus 180 Grad) gekühlt. (Siehe Bild) In der Brennkammer reagieren die beiden Stoffe und verbrennen. Wie bei allen Raketentriebwerken folgt der Brennkammer die Lavaldüse, in der der Druck des Gases in Geschwindigkeit umgewandelt wird.
In kleineren Raketen ist es auch möglich, anstelle einer Turbopumpe einen Drucktank mit Stickstoff zu haben. Mit dem Stickstoff wird ein Druckpolster in den beiden Tanks aufgebaut und das "Zeug" in die Brennkammer gedrückt.
Für dieses System gibt es zahlreiche Treibstoffe. Untere Liste nicht vollständig
Sauerstoff / Kerosin (Muss mittels funken gezündet werden)
Salpetersäure / Hydrazin (zündet Hypergol d.h. wenn die zwei Flüssigkeiten aneinander gelangen zünden sie von selbst)
Vorteile: Da optimale Oxidatoren verwendet werden können sehr grosse Schubleistungen möglich, Der Schub ist mittels regulierung der Turbopumpe möglich. Auch ist es möglich die Triebwerke aus und wieder an zu stellen.
Nachteile. Komplizierter und teuerer Aufbau. Betankungs bei teils Treibstoffen erst kurz vor start möglich.( z.B. Flüssigem Sauer und Wasserstoff), System Kann zu gefährlichen Explosionen führen.
Hybridtriebwerk
Beim Hybridtriebwerk vereinen wir die guten Eigenschaften von Feststoff und Flüssigstoff-Triebwerken. Wir haben einen Flüssigen Oxidator und einen Festen Brennstoff. Aufgrund dessen, dass wir einen sehr guten Flüssigen Oxidator verwenden können, wird das Hybridtriebwerk stärker als ein Feststofftriebwerk.
Der Brennstoff ist meist als runder Zylinder in der Brennkammer. Es können diverse Brenstoffe wie PE, PMMA, Zellstoffe oder Wachse verwendet werden. Die Brennkammergrösse muss so berechnet werden, dass der gesamte benötigte Brennstoff in ihr Platz findet. Auf der einen Brennkammerseite wird der Oxidator eingespritzt. Dieser verbrennt im innern der Kammer mit dem dort befindlichen Brennstoff. Da der Oxidator unter Druck eingespritzt wird, verlassen die heissen Gase das Triebwerk über die Lavaldüse wo sie im innern auf Umgebungsdruck entspannt und in Geschwindigkeit umgewandelt werden. Ein weiterer Punkt ist, dass der Brennkammerdruck nicht über den Einspritzdruck gehen kann. (somit keine Explosionsgefahr) (Wenn die Brennkammer richtig ausgelegt ist oder nicht aufbrennt *g*) Wenn der Kammerdruck höher wäre, würde der Oxidatorstrom zurück gedrängt werden und das Triebwerk schaltet ab.
Vorteile: Relativ hohe Schubleistungen, geringe Baukosten, sehr sicher da der Brennstoff nicht explodieren kann (oder ist dir schon mal die PE Milchpackung um die Ohren geflogen? ;-), Schub durch Regelung der Oxidatormenge steuerbar, Triebwerk kann beliebig ein und ausgeschaltet werden.
Nachteile: Wenn du mal davon angefressen bist, relativiert sich das mit den "geringen Baukosten" ;-) Aber das ist eine Andere Geschichte.
Monopropellant
Als Monopropellant bezeichnet man ein System in dem nur 1 Treibstoff gebraucht wird. Hierzu findet Wasserstoffperoxid (H2O2) Verwendung. In 95% reiner Form zersetzt es sich bei Berührung mit Edelmetallen zu Wasserdampf und Sauerstoff. Das Zeug ist äusserst Aggressiv und instabil. Das Funktionsprinzip ist denkbar einfach. In einen, mit Edelstahlgittern bestückten Zylinder wird von der einen Seite her H2O2 eingespritzt. Dieses zerfällt schlagartig und unter extremer Volumenzuname zu Wasserdampf und Sauerstoff. Dieses Gas wird dann wieder über eine Lavaldüse entspannt. Es ist auch möglich in einer Nachbrennkammer den Vorhandenen Sauerstoff nochmals mit z.B. Kerosin anzureichern und zu verbrenne. Dies hat einen nochmalige Schubsteigerung zur folge. Die Anwendungen einigermassen zahlreich. So wird dieses System einerseits zum beitreiben von Raketen gebraucht, andererseits auch als Dampferzeuger. Wie weiter oben schon beschrieben können mit dem Dampf Turbinen angetrieben werden. Turbopumpen in Raketen, Turbopumpen in Torpedo (Kleine Dampfturbine treibt den Propeller vom Torpedo an. Siehe auch Untergang vom Russischen Atom- Ubot Kursk) Auch bei der V1 wurde in der Startrampe der sogenannte Kirschkern mittels Dampf aus einem Wasserstoffperoxid Dampferzeuger beschleunigt um somit die V1 auf Geschwindigkeit zu bringen.
Das ganze scheint nicht ganz ungefährlich zu sein. In der 70iger Jahren gab es anscheinend einige Tote bei Raketenkarts die mit H2O2 betrieben wurden. (Bersten der Brennkammer). Auch wurden sogenannte Raketengürtel gebaut. Hier hatte man einen Behälter mit H2O2 und einem Dampfgenerator auf dem Rücken. Links und rechts eine kleine Schubdüse und schon ging der Flug los.
Vorteile: Extrem einfache Bauart
Nachteile: Sehr gefährlich im Umgang
Wenn du bis hier hin gelesen hast, hast du nun schon mal eine recht gute Grundlage über Raketen. Nun wünsche ich viel Spass beim durchsehen meiner "Eigenbau-Hybridraketen"