Ich habe gerade von einem dreifach angetriebenen Raketentriebwerk gelesen, das anscheinend alle Tests bestanden hat und flugbereit war, bevor das Programm Anfang der 90er Jahre eingestellt wurde. Der Motor war der RD-701 für das MAKS-Raumflugzeugprogramm . Es verwendete Kerosin und flüssigen Sauerstoff, bevor es auf flüssigen Wasserstoff umstellte.
Also denke ich jetzt an Tripropellant-Triebwerke. Wenn wir einen kleinen Tank mit flüssigem Wasserstoff hätten, den wir entweder mit dem normalen Düsentreibstoff mischen oder für kurze Zeit ersetzen könnten, würde dies den Kraftstoffverbrauch für große Verkehrsflugzeuge nachhaltig verbessern?
(Ich habe gehört, dass Düsentriebwerke problemlos mit fast allem betrieben werden können, was brennt, also wäre es vermutlich einfach, einen Jet mit Wasserstoff zum Laufen zu bringen. Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege.)
Es gibt viele Arten von Effizienz, also lassen Sie mich klarstellen, an welcher ich interessiert bin: Kraftstoffverbrauch, wie in Meilen pro Passagier-Gallone.
Lassen wir die Logistik vor Ort bei der Gewinnung und Speicherung des Wasserstoffs außer Acht. Die Lagerung an Bord des Flugzeugs selbst sollte jedoch auf jeden Fall in Betracht gezogen werden und könnte ein sehr nachteiliger Faktor sein, ebenso wie die Entflammbarkeit. Ich bin mir ziemlich sicher, dass wir mindestens doppelwandige, vakuumisolierte Tanks brauchen würden, um diesen Wasserstoff während des gesamten Fluges zu speichern. Sie könnten doppelt so schwer sein wie normale Panzer.
Wenn Sie etwas über Wasserstoff wissen, ist seine chemische Energie (pro Masse) größer als die von Benzin ... um den Faktor 3 IIRC. Die unteren Heizwerte liegen bei etwa 120 gegenüber 40. Da fragen wir uns vielleicht alle, warum man nicht überall flüssigen Wasserstoff verwendet und was so lange dauert? Abgesehen von kryogenen Überlegungen ist es überhaupt nicht sehr dicht. Wir bräuchten einen riesigen Tank, vielleicht sogar größer als das Flugzeug selbst, um den notwendigen Wasserstoff zu speichern, auch wenn diese riesige Wasserstoffmenge immer noch weniger wiegen würde als der notwendige Düsentreibstoff.
Ich denke, die Idee von Tripropellant-Motoren besteht darin, etwas Wasserstoff mit einem nicht so überwältigenden Tank zu ermöglichen. Der Tank wäre nur so groß, wie wir vernünftigerweise handhaben können. Daher verwenden wir etwas Wasserstoff, um einen Bonus beim Kraftstoffverbrauch zu erzielen.
PS Ich frage das nicht wirklich aus einer "grünen" Perspektive. Wasserstoff und Sauerstoff verbrennen zu reinem Wasserabgas, was so harmlos klingt, aber Wasserdampf ist tatsächlich ein sehr starkes Treibhausgas, viel stärker als CO2, Molekül für Molekül – besonders wenn es in großen Höhen freigesetzt wird. Ich frage dies rein aus kraftstoffsparender Sicht.
Zunächst einmal: Jets sind keine "n-Treibstoffe". Raketen sind Bipropellant. Das liegt daran, dass die Rakete Treibstoff und Oxidationsmittel transportieren muss, während der luftatmende Jet das Oxidationsmittel (plus riesige Mengen an Reaktionsmasse) kostenlos aus der Luft erhält. Jets tragen also nur einen Treibstoff (was sie auch nicht zu Monotreibstoffen macht). Die Tripropellant-Raketen wurden vorgestellt, um Probleme mit spezifischem Impuls zu überwinden. Das komplizierteste und unpraktischste Raketentriebwerk könnte bis zu 542 Sekunden hoch gehen - während ein durchschnittlicher Jet problemlos um die 3000 Sekunden läuft. So spezifischer Impuls ist das Problem, das Jets nie hatten.
Der größte Vorteil von RD-701 bestand darin, das Kerosin-Wasserstoff-Gemisch in geringer Höhe zu verwenden (wo Kerosin effizienter ist) und dann im Weltraum auf reinen Wasserstoff umzusteigen (wo Wasserstoff effizienter ist). Sie begannen mit einem Wasserstoffmotor (RD-0120) und fügten dann Kerosin hinzu, um die Effizienz zu steigern, indem sie die benötigte Menge an Wasserstoff reduzierten - also die genau entgegengesetzte Argumentation. Das Hauptproblem bei Ihrer Idee hier ist, dass Jets niemals die Kerosinzone verlassen .
Das Hauptproblem von flüssigem Wasserstoff ist, dass der Kraftstoff leichter ist, aber die Tanks so schwer sind, dass jegliche Einsparungen komplett zunichte gemacht werden. Raketen haben es hier leicht - die Lebensdauer der Raketen wird in Minuten gemessen (Space Shuttle-Brenndauer: 8:30 Min. Sojus-Brenndauer: etwas über 10:50 Min.). Ein Flugzeug hingegen müsste den Wasserstoff für ein Dutzend Stunden speichern = noch mehr Gewicht. Es gibt keine gewichtseffiziente Möglichkeit, die kryogene Flüssigkeit unterwegs zu halten. Alles, was Sie tun können, ist, etwas davon "abkochen" zu lassen. Doppelt so schwer wie ein Kerosintank ist meiner Meinung nach eine riesige Untertreibung, da in modernen Düsenflugzeugen die Tanks - "nasser Flügel" - fast frei sind (in Bezug auf die Masse). Mit Wasserstoff ist das nicht möglich - Sie müssen Laderaum für einen speziellen LH2-Tank opfern.
Ein weiteres Problem ist, dass Wasserstoff bei höheren Temperaturen verbrennt. Wir haben bereits Probleme damit, die Turbine Kerosintemperaturen standzuhalten, das Hinzufügen von Wasserstoff würde die Motorkonstruktion noch schwieriger machen. Aus grüner Sicht ist das auch nicht alles, denn je höher die Verbrennungstemperatur, desto mehr NOx entsteht.
Ich muss anderen hier zustimmen – Wasserstoffflugzeuge werden nicht entstehen, wenn uns die einfacheren Optionen nicht ausgehen. Es ist am schwierigsten, 2 Arten von Kraftstoff zu haben.
From the green perspective it's not good either, because the higher combustion temperature, the more NOx created.Das mag eine starke Vereinfachung sein. Beim Verbrennen von Wasserstoff entsteht kein CO2 und auch kein Kohlenmonoxid, und diese wirken sich in höheren Lagen stärker aus. Es würde eine spezielle Frage auf dieser Website zusammen mit einer komplexen Antwort erfordern, um zu sehen, wie viel zusätzliches NOx produziert wird und ob es die reduzierten Kohlenstoffeffekte überwiegt oder nicht.Ja, Sie können die Startmasse durch den Austausch von Kerosin gegen Wasserstoff reduzieren, aber nur ab einem Mindestvolumen, bei dem das erhöhte Gewicht des Tanks diesen Vorteil nicht aufhebt. Aber jeder Hersteller, der heute ein solches Flugzeug einführt, stünde sofort vor dem Problem der Treibstoffverfügbarkeit – es gibt einfach keine Infrastruktur für Wasserstoff an Flughäfen.
In der Vergangenheit hat das Militär den Weg für Infrastrukturverbesserungen geebnet, und angesichts der Luftbetankung, der Satellitentechnologie und der schwindenden Bedeutung von Langstreckenplattformen (außer vielleicht unbemannter Aufklärung) besteht heute keine dringende Notwendigkeit, die Wasserstoffinfrastruktur auszubauen.
Beachten Sie, dass das Projekt Suntan (das zum Lockheed CL400 wurde) in die Infrastruktur für flüssigen Wasserstoff investierte, die den Einsatz kryogener Raketen im Apollo-Programm ermöglichte. Vielleicht wird ein zukünftiges militärisches Hyperschallfahrzeug dasselbe für Wasserstoff im zivilen Luftverkehr tun, aber ich bin skeptisch, dass dies zu meinen Lebzeiten geschehen wird.
TomMcW
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Robert DiGiovanni