Grenzen des Bypass-Verhältnisses in luftunterstützten (Ejector-Jet/Duct)-Raketen
siebenfach
Luftunterstützte Raketen waren in der Vergangenheit nicht sehr erfolgreich. In den meisten Fällen war das Hinzufügen einer Ummantelung um die Außenseite einer vorhandenen Rakete ein großer Gewichtsaufwand im Austausch für nur eine bescheidene Erhöhung des schubspezifischen Kraftstoffverbrauchs. Da sie nicht für die Verwendung der Luft als Reaktionsmasse optimiert waren, war der größte Teil des zusätzlichen Schubs das Ergebnis einer Sekundärverbrennung zwischen dem treibstoffreichen Raketenabgas und der atmosphärischen Luft, was sie im Wesentlichen zu sehr ineffizienten Staustrahltriebwerken machte.
Wenn jedoch ein luftunterstütztes Raketentriebwerk in einer Inside-Out-Konfiguration mit einem zentralen Bypass anstelle eines externen Bypass konstruiert würde, könnten Sie am Ende ein einfacheres Design mit geringerem Luftwiderstand erhalten, das vergrößert werden könnte und wahrscheinlich wäre ziemlich hoch in der Effizienz sein.
Ein solches Design könnte ein wirklich sehr hohes Bypass-Verhältnis ermöglichen, wodurch der schubspezifische Kraftstoffverbrauch lächerlich niedrig wird. Die Kombination aus wirklich hohem Schub und wirklich hohem spezifischem Impuls ist ziemlich schön. Wie hoch wäre ein Bypass-Verhältnis, bevor abnehmende Rückflüsse den zusätzlichen Luftwiderstand zu hoch machen würden?
Antworten (1)
SE - hör auf, die Guten zu feuern
Als Obergrenze setzt die Ausstoßgeschwindigkeit der Rakete eine absolute Grenze. Wenn Sie schneller fliegen, wird die Ansaugluft tatsächlich verlangsamt, wenn sie der Mischung hinzugefügt wird, weil sich der Raketenauspuff so langsam bewegt . Für die effizienteste verwendete Treibmittelkombination, LOX/LH2, beträgt die Abgasgeschwindigkeit etwa , und für Kohlenwasserstoffe etwa . Damit liegt die Grenze ungefähr im gleichen Bereich wie bei Scramjets.
Selbst wenn die zusätzliche Luft den ISP erhöht, stiehlt sie jedoch Energie aus dem Treibmittel, wodurch die Abgasgeschwindigkeit verringert wird. (bei Verwendung von luftatmenden Motoren sind ISP und Abgasgeschwindigkeit nicht gleichwertig) Die Grenze ist dann auch abhängig vom Verhältnis von Raketentreibstoff und Ansaugluftstrom.
Außerdem muss der Durchsatz an Ansaugluft für eine längere Zeit hoch bleiben, damit die zusätzliche Effizienz ins Gewicht fällt, was bedeutet, dass die Rakete lange Zeit mit hohem Luftwiderstand fliegen muss.
Bei hohen Geschwindigkeiten ist es wichtig, den Widerstand der Einlässe zu minimieren, was ein gerades Design erfordert. An diesem Punkt kann man sich die Frage stellen: Was hindert die Raketenabgase daran, auch in diese Richtung zu entweichen? Wenn die Raketen in die falsche Richtung feuern, haben Sie ein großes Problem und werden heute nicht ins All fliegen.
Kurz gesagt, die Grenze ist höchstens , und sicherlich ein bisschen weniger.
Als Faustregel für ein akzeptables Bypass-Verhältnis können Sie davon ausgehen, dass die Abgasgeschwindigkeit durch die Quadratwurzel des Verhältnisses von Luftstrom zu Gesamtstrom dividiert wird.
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