Raumfahrt 2 Fragen
Fragen zu Raumfahrt 2, unvollständig, ohne 128
Fragen zu Raumfahrt 2, unvollständig, ohne 128
Set of flashcards Details
| Flashcards | 80 |
|---|---|
| Language | Deutsch |
| Category | Physics |
| Level | University |
| Created / Updated | 19.09.2014 / 12.07.2018 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/raumfahrt_2_fragen
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| Embed |
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78) Nennen Sie 2 versch. Wärmeschutzkonzepte für Wiedereintrittskörper
passive Kühlung: - Ablationskühlung (Material schmilzt oder verdampft)
- Schwitzkühlung
- Strahlungskühlung (wiederverwendbar)
- Wärmesenkenmethode (Werkstoff mit hoher Wärmekapazität)
aktive Kühlung: - Filmkühlung
79) Welchen Einfluss hat der ballistische Faktor auf die Verzögerungslasten eines ballistischen Wiedereintrittsflugkörpers?
Die Flughöhe, in der die maximale Verzögerung auftritt, nimmt mit zunehmendem ballistischen Faktor β ab. Die Größe des Maximums ist allerdings unabhängig von β.
80) 3 Haupteinflussgrößen auf die Fluglasten
- momentane Flugzustände (Geschwindigkeit, Anstellwinkel, Eintrittswinkel, μΛ)
- lokale atmosphärische Umgebung (Dichte, Temperatur)
- Fahrzeugeigenschaften (Geometrie, Gewicht, Aerodynamik cW / cA)
81) Wie lange dauert ein typisches Wiedereintrittsmanöver eines Space Shuttle nach Zünden der Bremsraketen bis zur Landung?
82_1) Der Wärmestrom, der beim Wiedereintritt eines Raumfahrzeuges im Staupunkt auf das Fahrzeug übergeht,
82_2) Die maximale Verzögerung eines Raumfahrzeuges beim Wiedereintritt
83) Nennen Sie 2 Vorteile von Rückkehrkörpern mit Auftriebseigenschaften gegenüber ballistischen Rückkehrkörpern:
- bereits kleine Gleitzahlen (A/W-Verhältnis) bewirken extreme Senkungen der Verzögerungslasten
- haben Körper Gleiteigenschaften, besitzen sie eine Manövrierbarkeit, womit sich die Fluglasten kontrolliert begrenzen lassen und nicht nominale Eintrittsbedingungen oder atmosphärische Dichteschwankungen kompensieren lassen. Haben die Körper gute Gleiteigenschaften, so können sie auch an Orten außerhalb der Orbitebene landen.
84) Warum werden für Rückkehrkapseln typischerweise stumpfe Körperformen bzw. für Raumgleiter (z.B. Shuttle Orbiter) hohe Anstellwinkel beim Eintritt in die Erdatmosphäre gewählt?
Bei stumpfen Körpern ist der Druckanteil des Widerstandsbeiwertes deutlich größer als der Reibungsanteil. Dadurch ist der Wärmefluss wesentlich kleiner als bei schlanken Körpern.
85) Wie wirkt sich der ballistische Koeffizient auf die Größe und den Ort der maximalen Verzögerung aus?
Das Maximum der Verzögerungslast ist unabhängig vom ballistischen Faktor, aber die Flughöhe, in der das Maximum auftritt, nimmt mit zunehmendem β ab.
86_1) Welche Strömungsbereiche werden bei einem Wiedereintrittsmanöver durchflogen?
86_2) Durch welche Kennzahl werden Strömungsbereiche bei einem Wiedereintrittsmanöver charakterisiert?
Knudsenzahl: Kn = λ/L = mittlere freie Weglänge / charakteristische Fahrzeuglänge
87) Wie sind die Gleitzahl und der ballistische Koeffizient eines Flugkörpers definiert?
(Formel und Angabe der auftretenden Größen!)
Gleitzahl: Auftrieb/Widerstand = A/W (von 0 bis ca 2)
ballistischer Koeffizient: β = m'(cw*S) (von ca 100 bis 10000)
88) Was verstehen Sie unter einem aerodynamischen Raumflugmanöver? Geben Sie 2 Anwendungsfälle an!
Dabei wird die Atmosphäre eines Planeten benutzt, um Bahnänderungen vorzunehmen, die somit weniger Antriebsbedarf und Treibstoff benötigen.
Beispiele: Absenken eines Satelliten aus einer hohen Umlaufbahn (um Erde zum Beispiel) auf eine niedrige, oder synergetische Bahndrehmanöver, wo die Inklination eines Satelliten geändert werden kann.
89) Wie verhält sich die Dichte, die Temperatur und die mittlere Geschwindigkeit in einer konvergierenden Überschallströmung? (werden sie größer oder kleiner in Strömungsrichtung?)
Dichte nimmt zu,
Temperatur nimmt zu,
mittlere Geschwindigkeit nimmt ab
90) Geben Sie die Definitionsgleichungen für 4 vom Schub abgeleitete Leistungsgrößen thermischer Raketen an!
Schubkoeffiezient: cF = F/(p0*At)
Innerer Wirkungsgrad: ηI = (F/Fmax)2
Effektive Austrittsgeschwindigkeit: ce = F/(m_Punkt)
Spezifischer Impuls: IS = F/(g0 * m_Punkt)
91) Durch welche 4 Grundgleichungen (Name) wird die idealisierte Rakete mit idealem Gas als Treibstoff beschrieben?
Schreiben Sie 2 dieser Gleichungen als Formel!
Kontinuitätsgleichung : m_punkt = rho * A * w = konst.
Ideale Gasgleichung: p = rho * R * T
Impulsgleichung: 0,5 * rho * w2 + (p-p0) = 0
Energiesatz: w2/2 = h0-h = cp*(T0-T)
92) Eine Flüssigtreibstoffrakete weist eine Austrittsgeschwindigkeit von 3000 m/s auf bei einem inneren Wirkungsgrad von η = 0,75. Wie groß ist die spezifische Energie des Treibstoffes (Formel und Zahlenwert)?
ce2 = 2 * ηt * εT
hier: εT = 6 * 10^6 J/kg
93) Triebwerksteile , die heißen Feuergasen ausgesetzt sind, müssen gekühlt werden. Nennen Sie 4 verschiedene Kühlverfahren!
Kühlung durch Hemmung des Wärmeübergangs: - Filmkühlung
- Ablationskühlung
Kühlung durch Wärmeabfuhr: - Strahlungskühlung
- Flüssigkeitskühlung (Regenerativkühlung, wenn Brennstoff als Kühlmittel eingesetzt)
- Kapazitivkühlung
94) Nennen Sie 5 verschiedene Verlustmechanismen die in einer Düse auftreten können!
- mechanische Verluste: Profilverlust, Divergenzverlust, Anpassungsverlust, Reibung
- thermische Verluste: Verlust durch Düsenwand
- chemische Verluste: unvollständige Verbrennung
95) Was versteht man unter "energiebegrenzten" und unter "leistungsbegrenzten" Antriebssystemen? Je ein Beispiel!
Energiebegrenzt: chemische Rakete, hier begrenzt chemisch gebundene Energie des Treibstoffs die Austrittsgeschwindigkeit, d.h. das Antriebsvermögen
Leistungsbegrenzt: Elektrische Triebwerke. Die Energie wird durch die Sonnenstrahlung eingefangen, die Leistung des Energiwandlers ist jedoch begrenzt.
96) Wie groß ist das stöchimoetrische Mischungsverhältnis in LOX/LH2-Raketen?
Warum werden diese typischerweise statt stöchimoetrisch mit Brennstoffüberschuss betrieben?
Verhältnis 8:1
Der höchste spezifische Impuls wird bei Brennstoffüberschuss erzielt, da in diesem Fall die Umwandlung der chemischen Energie in kinetische Energie bei gegebener Brennkammer und Düse verbessert wird. (Schub wird besser, obwohl h0 und wmax sinken!)
97) Was versteht man unter Divergenzverlust und Profilverlust einer Raketendüse?
Divergenzverlust: Verluste durch radiale Geschwindigkeitskomponenten im Strahl (Strahl tritt "schräg" aus Düse)
Profilverlust: Verluste durch die Abweichung der Geschwindigkeitsverteilung vom Rechteckprofil (versteht einer von euch die "Skizze"?)
98_1) Was ist der typische Schubbereich für folgendes Triebwerk: Chemisches Trägerraketen Triebwerk
98_2) Was ist der typische Schubbereich für folgendes Triebwerk: MPD-Triebwerk (magnetoplasmadynamischer Antrieb)
98_3) Was ist der typische Schubbereich für folgendes Triebwerk: Hallbeschleuniger
98_4) Was ist der typische Schubbereich für folgendes Triebwerk: Lagekorrektur, Einstoffsystem
99) Erklären Sie den Begriff Hybridantrieb! Welche verschiedene Arten gibt es?
Ein Hybridantrieb ist ein Zweistoffsystem (Diergole), bei welchem ein Stoff fest und der andere flüssig ist.
Normaler Hybridantrieb: Oxidator flüssig, Brennstoff fest
Inverser Hybridantrieb: Oxidator fest, Brennstoff flüssig
100) Ein Raketentriebwerk ist mit einer Höhe von 10km angepassten Düse ausgestattet. Ist der bei einem Bodentest (H=0km) gemessene Schub größer oder kleiner als der Nominalschub in 10 km Höhe? Gleichung! Auf welche Größe wirkt sich der Außendruck aus?
Der Schub ist geringer. F = m_punkt * we + Ae * (pe-pa), pa(Boden) > pa(10km)
Der Außendruck wirkt sich auf den Druckterm aus -> F(Boden) < F(10km)
101) Für eine Trägerrakete sind die folgenden Werte gegeben:
Schub: F = 106N, Austrittsgeschwindigkeit ce = 3000 m/s
Berechnen Sie die Strahlleistung!
PF = F * ce/2, hier PF = 1,5 * 109 W
102) Wie hängt die maximale Düsenaustrittsgeschwindigkeit we,max von der Brennkammertemperatur T0 und dem Molekulargewicht M ab?
we,max = sqrt(2*cp*T0) mit cp = R_uni/M * κ/(κ-1)
P.S. 102) + 103) im Original anschauen, ist we = we,max??
103) Wie hängen für eine ideale thermische Rakete mit einer auf Vakuum angepassten Düse der Schub F und die Austrittsgeschwindigkeit we von der Brennkammertemperatur T0 ab?
F = m_punkt * we_Schlange = m_punkt * sqrt(2*cp*T0)
we = sqrt(2*cp*T0)
P.S. 102) + 103) im Original anschauen, ist we = we,max??
104) Wie ändern sich der Schub und die Austrittsgeschwindigkeit einer idealen thermischen Rakete mit einer auf Vakuum angepassten Düse, wenn bei konstantem Brennkammerdruck die Brennkammertemperatur durch Einspritzen von neutralem Treibstoff verringert wird? (Annahme: konstantes κ)
beide werden kleiner
105) Geben Sie eine mittel- und eine hochenergetische Treibstoffpaarung an! Welche spezifischen Impulse sind damit im Vakuum ungefähr erreichbar?
mittelenergetisch: IS ca 280-330 s, Bsp: AZ50 / N2O4
hochenergetisch: Is größer 330 s, Bsp: LH2 / LOX
106) Welche Eigenschaft haben hypergole Treibstoffkombinationen?
selbstzündend, d.h. keine Zündhilfe sondern spontane Reaktion sobald Kontakt
107) Was verdsteht man unter Monergolen? Nennen Sie 1 Beispiel!
Einstoffsystem, Bspw. Hydrazin, Wasserstoffperoxid, Kaltgasantrieb
108) Vergleichen Sie (<<, <, =, >, >>) chemische und elektrische Antriebe in den folgenden charakteristischen Größen miteinander: effektive Austrittsgeschwindigkeit, Massendurchsatz, spezifischer Schub
effektive Austrittsgeschwindigkeit: ce(chem) << ce(elektr)
Massendurchsatz: m_punkt(chem) >> m_punkt(elekt)
spezifischer Schub: F/m0(chem) > F/m0(elektr)
109) Welche beiden prinzipiellen Treibstoff-Fördermethoden (neben Kapillar- und Gravitationsförderung) unterscheidet man? Nennen Sie je einen Vor- und Nachteil der beiden Methoden!
Druckförderung: Vorteile: Unkompliziert, leichte Gesamtauweise durch Wegfall von Komponenten
Nachteile: Druckabfall, schlechte Regelbarkeit
Pumpenförderung: Vorteile: genaue Regelbarkeit, leichte Tankbauweise
Nachteile: kompliziert und dadurch störungsanfällig, Eigenbedarf an Energie
110) Welche Treibstoffkombination und welche Fördertechnik wird bei modernen Satelliten-Antriebssystemen bevorzugt angewandt? Welche spezifischen Impulse können damit erzielt werden?
Fördertechnik: Druckförderung
In der Lagereglung wird häufig das Einstoffsystem Hydrazin verwendet (Is = 210-260 s)
111) Für welche Missionen sind elektrische Antriebe vorteilhafter als chemische? Begründen!
- Durch kurze, sehr präzise Pulse und reproduzierbare Impulse sind die elektrischen TW sehr gut für präzise Ausrichtmanöver in Lage- und Bahnregelung geeignet.
- Maximierung der Nutzlast, wenn man lange Flugzeiten durch niederenergetische Bahnmanöver in Kauf nimmt.
112) Mit welchem gasförmigen Treibstoff werden bei Hallionentriebwerken die höchsten effektiven Austrittsgeschwindigkeiten erreicht?
Xenon (schwer (Masse) und leicht ionisierbar)
