Mehrere Fragen und Antworten sprechen hier vom stöchiometrischen Verhältnis. Ich verstehe, dass es für die Effizienz praktisch ist (größerer ISP). Ich habe auch irgendwo gelesen (ich kann die Referenz nicht wiederfinden, es war nicht diese ), dass es nicht ungewöhnlich ist, eine brennstoffreiche Verbrennung in der Brennkammer durchzuführen (dh weniger Oxidationsmittel als im stöchiometrischen Verhältnis), hauptsächlich aus Gründen der Kühlung .
Meine Frage wird hauptsächlich gestellt, weil ich mich frage, warum das stöchiometrische Verhältnis wichtig erscheint, während brennstoffreich üblicherweise implementiert wird. Beachten Sie, dass ich keine Ahnung habe, wie reich Kraftstoffreich ist.
Es gibt mehrere Faktoren, warum ein Motor nicht mit dem „idealen“ stöchiometrischen Verhältnis von Kraftstoffen betrieben wird. Hier sind die zwei Hauptgründe, warum Raketentriebwerke nicht im „idealen“ Verhältnis laufen würden.
Höhere Abgasgeschwindigkeit
Eine Gleichung, die die Abgasgeschwindigkeit auf der Website von Richard Nakkas definiert , zeigt, dass die Molekülmasse der Abgasprodukte auf dem Nenner der Gleichung landet. Das bedeutet, je leichter das Abgasprodukt ist, desto höher ist die Abgasgeschwindigkeit. So kann es vorteilhaft sein, den Motor nicht stöchiometrisch ideal zu betreiben, um die Molekülmasse möglichst gering zu halten. Aus diesem Grund laufen die meisten Hydrolox-Motoren kraftstoffreich, da Wasserstoff viel leichter als Sauerstoff ist, was zu einem effizienteren Motor führt, da Verbrennungsprodukte viel mehr Wasserstoff enthalten.
Niedrigere Verbrennungstemperatur
Während dieselbe im obigen Absatz definierte Gleichung zeigt, dass eine höhere Temperatur die Effizienz verbessert, kann eine zu hohe Temperatur dazu führen, dass der Motor beschädigt wird und der Prozess einer schnellen Demontage auftritt. Aus diesem Grund werden einige Motoren mit hohem Kraftstoff- oder Oxidationsmittelgehalt betrieben, um sicherzustellen, dass die Verbrennungstemperatur mit Sicherheit etwas ist, mit dem die Kammer und die Düse umgehen können.
So wie ich es verstehe, setzt die stöchiometrische Verbrennung die meiste Wärmeenergie in das Abgas frei, aber es gibt mehrere Gründe, die möglicherweise nicht der optimale Leistungspunkt sind.
Ein Teil dieser Wärmeenergie geht eher in molekulare Schwingungsenergie als in gerichtete Abgasenergie über; Sie wollen einfachere Moleküle mit weniger Schwingungsmoden, um diesen Faktor zu minimieren – H2 statt H2O zum Beispiel in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Rakete.
Außerstöchiometrisch zu laufen bedeutet, kühler zu verbrennen, sodass Sie ein einfacheres, leichteres oder billigeres thermisches System in der Kammer und Düse haben können. (Die frühesten großen Raketen wie V-2 und Redstone verwendeten tatsächlich 75 % Alkohol mit 25 % Wasser als Treibstoff, einfach um kühl zu bleiben.)
Indem Sie kraftstoffreich verbrennen, können Sie sicherstellen, dass eine minimale Menge an heißem, unverbranntem Oxidationsmittel die Kammer und die Düse angreift, während der Motor läuft. Bei einem stöchiometrischen Verhältnis kann eine unvollständige Mischung des Treibmittels großen Schaden anrichten.
Wenn einer Ihrer Treibstoffe deutlich dichter ist als der andere, wird Ihre Tankage kompakter, je weiter Sie das Mischungsverhältnis in Richtung der dichteren Komponente verschieben. Leider ist das Oxidationsmittel in den meisten Fällen dichter als der Brennstoff, was zu einem Oxidationsmittel-reichen Verhältnis führt, das mit dem vorherigen Punkt nicht vereinbar ist.
Benutzer20636
Steve Linton