Raketentreibstoffe

Inhalt
Allgemeiner Teil.- 1. Einleitung; Begriff und Einteilung der Raketentreibstoffe.- 2. Der chemische Antrieb im Vergleich mit möglichen Zukunftsantrieben.- 2.1. Die Raketengrundgleiehung. Parameter zum Leistungsvergleich der verschiedenen Antriebsarten.- 2.2. Freie Radikale und metastabile Atome als Raketentreibstoffe.- 2.2.1. Atomarer Wasserstoff.- 2.3. Verwendung nuklearer Energie zum Raketenantrieb.- 2.3.1. Kernchemische Aufheizung von Arbeitsmedien durch Atomexplosionen (Projekt Orion).- 2.3.2. Konvektive Aufheizung von Arbeitsmedien durch Kernreaktoren (Rover-Kiwi-Nerva-Projekt).- 2.3.3. Konvektive Aufheizung durch Radioisotope (Poodle-System).- 2.3.4. Gas-Core-Reaktoren.- 2.4. Elektrische Antriebe.- 2.4.1. Elektrothermische Antriebe.- 2.4.2. Elektromagnetische Antriebe.- 2.4.3. Elektrostatische (Ionen-)Antriebe.- 2.4.4. Energiequellen und Energiewandler für elektrische Antriebe.- 2.5. Photonenantrieb.- 2.5.1. Das Sonnensegel.- 2.6. Vergleich und Schlußfolgerung.- Literatur zu Kap. 1 und 2.- 3. Der chemische Antrieb und seine Leistungsgrenzen.- 3.1. Eigenart, Vor- und Nachteile des chemischen Antriebes, Stufenprinzip.- 3.2. Grundtypen chemischer Antriebssysteme.- 3.2.1. Das Flüssigkeitstriebwerk mit zwei Komponenten.- 3.2.2. Das Flüssig-Monergol-Triebwerk.- 3.2.3. Das Feststofftriebwerk.- 3.2.4. Geltriebwerke.- 3.2.5. Lithergole (hybride) Triebwerke.- 3.3. Energieausnützung und Wirkungsgrade.- 3.4. Wichtige Leistungs- und Triebwerksparameter.- 3.4.1. Leistungsparameter.- 3.4.1.1. Der Schub (F).- 3.4.1.2. Die Ausströmungsgeschwindigkeit (w).- 3.4.1.3. Der spezifische Impuls (Is).- 3.4.1.4. Der volumspezifische Impuls.- 3.4.1.5. Charakteristische Geschwindigkeit und Schubkoeffizient.- 3.4.2. Triebwerksparameter.- 3.4.2.1. Die charakteristische Länge L*.- 3.4.2.2. Das Düsen-Querschnitts Verhältnis.- 3.5. Theoretische Berechnung der raketentechnischen Leistungsparameter.- 3.5.1. Ideale Rakete.- 3.5.2. Grundbegriffe und Gleichungen.- 3.5.3. Düsentheorie und -auslegung (Lavaldüse).- 3.5.4. Näherungsgleichungen für die charakteristischen Parameter.- Literatur.- 4. Exakte Berechnung der Leistung von Raketentreibstoffen.- 4.1. Die Grundlagen der Rechnung. Die Vorgänge in Ofen und Düse.- 4.1.1. Berechnung der Feuergasdaten im Ofen.- 4.1.1.1. Das Feuergasgleichgewicht in der Brennkammer.- 4.1.1.2. Berechnung der Ofenbedingungen.- 4.1.2. Der Entspannungsvorgang in der Düse (Berechnung des Feuergaszustandes bei der Entspannung).- 4.1.3. Thermodynamische Daten.- 4.2. Rechen verfahren zur Bestimmung der Leistungsdaten von Raketentreibstoffen.- 4.2.1. Zusammenstellung der verwendeten Formeln und Beziehungen.- 4.2.2. Aufstellung der Gleichungen für den Zustand in der Brennkammer.- 4.2.2.1. Graphische Lösungsmethoden.- 4.2.2.2. Die Lösung des Gleichungssystems nach dem Newton-Raphson-Verfahren.- 4.2.3. Die erstarrte Strömung.- 4.2.4. Die Gleichgewichtsströmung.- 4.2.5. Systeme mit kondensierten Phasen.- 4.2.6. Berechnungen mit den wirklichen Reaktionsgeschwindigkeiten.- 4.2.7. Verfügbare Programme und Literatur.- Literatur.- 5. Flüssigtreibstoffe.- 5.1. Einteilung.- 5.1.1. Einfachtreibstoffe (Monergole).- 5.1.2. Zweifachtreibstoffe (Diergole).- 5.1.3. Lagerbare und kryogene Treibstoffe.- 5.1.4. Chemische Einteilung.- 5.1.5. Einteilung nach Leistung.- 5.2. Leistungsdaten von Flüssigtreibstoffen.- 5.2.1. Meßgrößen für das Mischungsverhältnis.- 5.2.1.1. Allgemeine Übersicht der Leistungen flüssiger Kombinationen.- 5.2.2. Leistungen mit Flüssigsauerstoff (LOX), Flüssigfluor und OF2.- 5.2.3. Ozon als Oxydator.- 5.2.4. Sauerstoffträger als Oxydatoren.- 5.2.5. Fluorträger als Oxydatoren.- 5.2.6. Boran-Hydrazinkombinationen als Raketentreibstoffe (BN-Konzept).- 5.2.7. Leistungsdaten monergoler Flüssigtreibstoffe.- 5.3. Andere raketentechnisch wichtige Eigenschaften flüssiger Treibstoffe.- 5.3.1. Physikalische Eigenschaften.- 5.3.2. Chemische Eigenschaften, Stabilität, Lagerfähigkeit, Handhabungssicherheit und Zündverhalten.- 5.3.3. Preis und Beschaffung.- Literatur.- 6. Festtreibstoffe.- 6.1. Allgemeines und Einteilung.- 6.1.1. Gestalt und Anordnung der Treibsätze (Treibsatzformen und -geometrie).- 6.1.2. Einteilung der Festtreibstoffe.- 6.2. Homogene Treibstoffe.- 6.2.1. Zusammensetzung.- 6.2.2. Herstellungsverfahren.- 6.3. Heterogene Treibstoffe.- 6.3.1. Oxydatoren.- 6.3.2. Brennstoffbinder.- 6.3.2.1. Allgemeines.- 6.3.2.2. Treibstoffe mit Bindern linearer Struktur.- 6.3.2.3. Treibstoffe mit vernetzten Bindern.- 6.3.3. Zusätze.- 6.3.4. Herstellungsverfahren heterogener Treibstoffe.- 6.4. Empirische Grundlagen des Abbrandes von Festtreibstoffen.- 6.4.1. Die Abbrandgeschwindigkeit (r).- 6.4.1.1. Druckabhängigkeit der Abbrandgeschwindigkeit.- 6.4.1.2. Temperaturabhängigkeit der Abbrandgeschwindigkeit.- 6.4.1.3. Einfluß der Gasgeschwindigkeit auf die Abbrandgeschwindigkeit (Erosiver Abbrand).- 6.4.1.4. Empirische Daten über die Abbrandgeschwindigkeit verschiedener Treibstoffe.- 6.4.2. Abbrandkurven (Aufnahme und Auswertung).- 6.5. Leistungsdaten von Festtreibstoffen.- 6.6. Mechanische Eigenschaften von Festtreibstoffen; Handhabung, Alterungsbeständigkeit, Zündung, Isolierung und Preis.- 6.6.1. Mechanische Eigenschaften.- 6.6.2. Explosionssicherheit und Handhabung.- 6.6.3. Alterungsbeständigkeit.- 6.6.4. Zündung und Isolierung von Festtreibstoffen.- 6.6.4.1. Zündung von Festtreibstoffen.- 6.6.4.2. Isolierung der Treibsätze.- 6.6.5. Kosten und Beschaffung.- 6.7. Abbrandtheorien.- 6.7.1. Qualitative Vorstellungen über den Abbrand homogener Treibstoffe.- 6.7.2. Aufstellung der Grundgleichungen für den Abbrand homogener Treibsätze.- 6.7.3. Die Theorie von Rice und Ginell für den Abbrand homogener Treibsätze.- 6.7.4. Die Abbrandtheorie von Johnson und Nachbar.- 6.7.5. Qualitative Vorstellungen über den Abbrand heterogener Treibstoffe.- 6.7.6. Die Theorie von Summerfield (Abbrand von Perchlorat-Compositen).- 6.7.7. Das Sandwichmodell und die Theorie von Nachbar.- 6.7.8. Die Untersuchungen von Barrère und Nadaud.- 6.7.9. Die Abbrandtheorie von Chaiken und Anderson.- 6.7.10. Die Arbeiten von Friedman und Levy.- 6.8. Pastöse Treibstoffe.- Literatur.- 7. Lithergole Kombinationen und Antriebe.- 7.1. Allgemeines.- 7.1.1. Verschiedene Typen und Varianten lithergoler Antriebe.- 7.2. Die Verbrennungsvorgänge in Lithergol-Systemen.- 7.3. Experimentelle Bestimmung der Abbrandgeschwindigkeit.- 7.4. Theorie der lithergolen Verbrennung.- 7.5. Stand der experimentellen Untersuchungen.- 7.6. Leistungsdaten lithergoler Kombinationen.- Literatur.- 8. Zusammenspiel Motor-Treibstoff.- 8.1. Unterschiede zwischen theoretischer und experimenteller Leistung.- 8.2. Einspritzsystem, Verbrennungswirkungsgrad und Brennkammergeometrie.- 8.2.1. Das Einspritzsystem.- 8.2.2. Verbrennung und Strömung.- 8.2.3. Brennkammergeometrie.- 8.3. Düsenformen und Auslegung.- 8.3.1. Konische und parabolische Lavaldüsen.- 8.3.2. Ringhalsdüsen.- 8.3.2.1. Ringhalsdüse mit Parabolkegel (Spike Nozzle).- 8.3.2.2. Ringhalsdüse mit geradem Kegel (Plug Nozzle).- 8.3.2.3. E-D-Düse (Expansion-Deflection Nozzle).- 8.3.2.4. Laval-Ringdüse (Shrouded Plug Nozzle).- 8.3.2.5. Vorteile und Zukunftsaussichten der Ringhalsdüsen.- 8.3.2.6. Einfluß der Treibstoffwahl auf die Düsenkonstruktion.- 8.4. Wärmeübergänge und Kühlsysteme.- 8.5. Instabilitäten bei der Verbrennung.- 8.5.1. Niederfrequente Schwingungen.- 8.5.2. Hochfrequente Schwingungen.- 8.5.3. Schwingungen in Feststoffraketen.- 8.5.4. Mittel zur Unterdrückung oder Verhinderung von Verbrennungsinstabilitäten.- 8.6. Einfluß der Treibstoffdichte auf Trieb Werkskonstruktion und -leistung.- Literatur.- 9. Möglichkeiten der Leistungssteigerung durch Anwendung hochenergetischer Treibstoffe.- 9.1. Derzeitiger Stand der chemischen Antriebstechnik und die sich daraus ergebende Aufgabenstellung.- 9.2. Gesichtspunkte bei der Auswahl und Komposition von Hochleistungstreibstoffen.- 9.3. Steigerungsmöglichkeiten bei Oxydatoren.- 9.4. Steigerungsmöglichkeiten bei Brennstoffen (Verwend…

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