Könnte ein Stirlingmotor verwendet werden, um Treibmittel in Motoren zu pumpen?

Ein Stirlingmotor ist eine Art Motor, der thermische Energie in mechanische Energie umwandelt. Ein Beispiel eines ziemlich großen ist hier gezeigt

Ich weiß, dass dies so ziemlich das gleiche Prinzip ist, das ein Expansionszyklusmotor verwendet, aber könnte ein Stirlingmotor möglicherweise einen Raketenmotor effizienter und zuverlässiger machen? Die Düse des Motors könnte am Heizteil des Stirlingmotors befestigt werden und die Rotationsenergie könnte verwendet werden, um die Pumpen für den Motor anzutreiben. Wäre ein Stirling-Motor auch auf die gleiche begrenzte Schubkraft beschränkt, die ein Expander-Motor hat?

Turbopumpen haben viel mit Düsentriebwerken gemeinsam, wie sie in Flugzeugen und Helikoptern verwendet werden. Bei solchen Anwendungen sind Leistungsdichte (sowohl Masse als auch Volumen pro Leistungseinheit), Zuverlässigkeit und Effizienz Hauptkriterien, die das Design beeinflussen, wobei einige Kompromisse bei der thermodynamischen Effizienz zugunsten anderer Faktoren akzeptiert werden. Wir sehen keine Stirling-Motoren in Flugzeugen, vermutlich, weil Turbinen bei den Faktoren, auf die es am meisten ankommt, am besten abschneiden. Raketentechnik würde einen ähnlichen Schwerpunkt legen und daher eine ähnliche Lösung bevorzugen.
Woran würden Sie das Kühlerteil befestigen? Vakuum ist ein sehr mieser Wärmeleiter.
Zum Starten des Motors müssen die Treibmittel in den Brennraum gepumpt werden, bevor die Düse heiß ist und der Stirlingmotor laufen würde. Ohne eine sehr effiziente Kühlung würden Brennkammer und Düsenwände sehr schnell zerstört.

Antworten (1)

Wahrscheinlich nicht.

Die Turbopumpe im Space Merlin 1B leistet 1900 kW und dreht mit 22000 U/min, das ist die Zahl, die unser Stirlingmotor schlagen müsste.

Der von SpaceX verwendete Merlin-Motor hat eine Kammertemperatur von etwa 2500 Kelvin, und flüssiger Sauerstoff hat eine Temperatur von etwa 50 Kelvin. Die Carnot-Effizienz dafür ist

η = 1 − T C T H = 98 %
und Stirlingmotoren haben einen Wirkungsgrad von 50 %, also haben wir einen Wirkungsgrad von 49 %, das ist das Verhältnis zwischen der heißen Temperatur und der erzeugten Leistung. Das bedeutet, um 1900 kW Leistung zu erreichen, müsste unser Sterling-Motor fast 3800 kW Leistung bewegen. Je nach Temperaturgefälle zwischen Schubkammer und heißer Seite des Sterling-Triebwerks wären dafür mehrere Quadratmeter Fläche erforderlich .

... es sei denn, Sie sprachen von Triebwerken mit Weltraumaufgaben, bei denen nicht so viel Treibmittelmasse pro Sekunde bewegt werden musste, oder vielleicht von einer Art Hybrid-RCS. Niedrige Durchflussraten (im Vergleich zu Triebwerken auf Meereshöhe oder Triebwerken der zweiten Stufe) sind der Schlüssel, damit so etwas funktioniert. In diesem Fall könnte ein versiegelter Sterling-Motor mit Heliumgas-Arbeitsflüssigkeit (es könnten viele verschiedene Arbeitsflüssigkeiten verwendet werden.. ) genau das Richtige sein, mit 50% Wirkungsgrad direkt an der Welle. Sie müssten Freiraum einbauen, aber ... interessante Idee. Vielleicht könnten Sie die hypergolische Sucht nach Weltraumsonden aufgeben.
@TB Sie müssten auch den Sterlingmotor mit einem Elektromotor hochdrehen, bevor Sie genug Temperaturunterschied bekommen, und ohne kryogene Kraftstoffe würden Sie nicht so viel Energie bekommen, Sie würden Ihren Kraftstoff nur langsam erhitzen
Könnte ein Stirlingmotor verwendet werden, um Treibmittel in Motoren zu pumpen?
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