Advertisement

Zusammenfassung

Nach einer systematischen Übersicht über die verschiedenen möglichen Raketentypen und die mit ihnen erreichbaren spezifischen Impulse, sowie einer Bestimmung des Begriffes „Arbeitsgas“ und seiner Funktionen, werden als Teilergebnisse eines umfangreichen Rechen-programmes die thermodynamischen Gemisch-Funktionswerte bei Gleichgewichtseinstellung für einige Wasserstoff-Sauerstoff-Arbeitsgasmischungen bekanntgegeben und daraus mittlere Molekulargewichte, Ionisationsgrad und erreichbare spezifische Impulse für Aufheizungs- und Strömungsvorgänge mit verzögerungsfreier Gleichgewichtseinstellung abgeleitet.

Anschließend werden die Vorgänge bei Aufheizung der Arbeitsgase durch Korpus-kularstrahlbeschuß, die keine völlige Gleichgewichtsanpassung zulassen, erörtert und ein systematisches Untersuchungsprogramm vorgeschlagen. Einige Zahlenergebnisse werden nach überschlägiger erster Abschätzung hierzu angegeben.

Zusammenfassend läßt sich sagen: Für Aufheizung auf Feuergastemperaturen, deren Wärmeübergänge an die Behälter noch rein thermodynamisch, ohne Zuhilfenahme elektrischer oder magnetischer Felder beherrscht werden können, erscheinen nach wie vor die wasserstoffreichsten Arbeitsgase als die besten wegen ihrer geringen Strahlung, geringen Ionisierung, niedrigen Molekulargewichte und hohen spezifischen Impulse. Da, wo man die Vorteile hoher Ionisierung, wie bei den Ionenraketen, ausnutzen möchte, erscheinen Alkalimetalle, deren Verbindungen, oder Mischungen mit ihnen geeigneter als Mischungen mit Sauerstoff.

Abstract

A systematic review has been made, concerning the various rocket types possible and their attainable specific impulses, as well as a definition of the term “working fluid” and its functions. Following this, the values of the functions of thermodynamic mixtures, as a partial result of an extensive computation program are presented for equilibrium conditions of some hydrogen-oxygen working fluid mixtures. Mean molecular weights, degree of ionization, and specific impulses obtainable for processes of heating-up and flow are derived therefrom, with equilibrium attained without delay.

Thereupon the processes are considered which take place while the working fluids are heated up through bombardment by corpuscular beams, and which do not permit a complete equilibrium adjustment, also a systematical investigation program is suggested. In this connection some numerical results are given, resulting from a first estimate.

Summarizing, it may be stated that the working fluids rich in hydrogen contents still appear to be the best for the heating-up to combustion gas temperatures whose heat transfer to the combustion chamber walls can be controlled by purely thermo-dynamical means without taking recourse to electric or magnetic fields. This is due to the low radiation of hydrogen, its low ionization degree, low molecular weight, as well as to its high specific impulses. Wherever one wishes to make use of the advantages offered by a high degree of ionization — as for instance with ion rockets — alkali metals, the compounds of these metals or mixtures with them, appear to be superior to mixtures with oxygen.

Résumé

On donne un aperçu systématique des différents types possibles de moteur-fusée, des impulsions spécifiques qu’ils peuvent fournir, ainsi qu’une définition de la notion de “gaz de travail” et de ses fonctions. Comme résultats partiels d’un vaste programme de calcul, on présente les valeurs des fonctions thermodynamiques pour quelques rapports du mélange hydrogène-oxygène, dans l’hypothèse d’un établissement instantané de l’équilibre, ainsi que les poids moléculaires moyens, le degré d’ionisation et les impulsions spécifiques qui en découlent.

On discute ensuite les processus physiques lors d’une élévation de température par bombardement corpusculaire, dans lesquels l’équilibre n’est pas complètement atteint. Un programme de recherche systématique est proposé et quelques résultats numériques sont fournis sur la base d’une première estimation.

En conclusion: Pour une élévation de température modérée, où le contrôle des échanges de chaleur aux parois peut se faire par des moyens purement thermodynamiques (sans utilisation de champs électriques ou magnétiques), les gaz de travail riches en hydrogène semblent toujours les plus intéressants. Ceci provient de leur faible rayonnement, de leur degré d’ionisation modéré, de leur faible poids moléculaire et de leurs impulsions spécifiques importantes. Dans le cas, où on veut tirer profit des degrés d’ionisation élevés, comme dans le cas de la fusée ionique, les métaux alcalins ou les mélanges avec ceux-ci semblent plus appropriés que les mélanges avec l’oxygène.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literaturverzeichnis

  1. M. v. Ardenne, Tabellen zur angewandten Kernphysik. Berlin: Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1956.Google Scholar
  2. E. L. Bagby, High Temperature and Future Flight. Battelle Techn. Rev. 6, Nr. 11, 9 (1957).Google Scholar
  3. W. H. Bostick, Experimental Study of Ionized Matter Projected across a Magnetic Field. Physic. Rev. 104, 292 (1954).CrossRefGoogle Scholar
  4. I. Bredt, Wasserstoff bei hohen Temperaturen. Z. Naturforsch. 6a, 103 (1951).Google Scholar
  5. W. Finkelnburg und W. Humbach, Ionisierungsenergien von Atomen und Atomionen. Naturwiss. 42, 35 (1955).CrossRefGoogle Scholar
  6. J. Franck, Neuere Erfahrungen über quantenhaften Energieaustausch. Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, Bd. II. Berlin: Springer, 1923.Google Scholar
  7. A. E. Grün, Einige gasdynamische und spektroskopische Beobachtungen an angeregten Gasstrahlen. Z. Naturforsch. 9a, 833 (1954).Google Scholar
  8. A. E. Grün, E. Schopper und B. Schumacher, Anwendung intensiver Korpuskularstrahlung zur Anregung von Gasen. Z. angew. Math. Physik 6, 198 (1954).Google Scholar
  9. M. Gryzinski, Stopping Power of a Medium for Heavy, Charged Particles. Physic. Rev. 107, 1471 (1957).CrossRefGoogle Scholar
  10. W. Heisenberg, Kosmische Strahlung. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer, 1953.zbMATHGoogle Scholar
  11. Seabrook Hull, Seven League Boots. Missiles and Rockets 2, 63 (1957).Google Scholar
  12. H. J. Kaeppeler, Zum Problem der Kühlung von Atomraketen bei Verwendung thermonuklearer Reaktionen, in: Probleme der Weltraumforschung. Biel-Bienne: Laubscher & Cie, 1954.Google Scholar
  13. H. J. Kaeppeler und G. Baumann, Zusammensetzung und thermodynamische Funktionen chemisch reagierender Feuergase von Kohlenwasserstoff-Luftgemischen. Mitt. Forsch.-Inst. Physik d. Strahlantriebe, Nr. 9. Stuttgart: Verlag Flugtechnik, 1957.Google Scholar
  14. A. C. Kolb, Production of High Energy Plasmas by Magnetically Driven Shock Waves. Physic. Rev. 107, 354 (1957).CrossRefGoogle Scholar
  15. F. Kroepelin, P. Klenez und H. Kadelbach, Neuere Ergebnisse bei der Spaltung von flüssigen Kohlenwasserstoffen durch kurzzeitige Lichtbögen.Google Scholar
  16. Landolt-Börnstein, Zahlenwerte und Funktionen, 1,1 und 1,5. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer, 1950 und 1952.Google Scholar
  17. W. Machu, Das Wasserstoffperoxyd und die Perverbindungen, 2. Aufl. Wien: Springer, 1951.CrossRefGoogle Scholar
  18. H. Maecker, Th. Peters und H. Schenk, Ionen-und Atomquerschnitte im Plasma verschiedener Gase. Z. Physik 140, 119 (1955).CrossRefGoogle Scholar
  19. H. S. W. Massey und E. H. S. Burshop, Electric and Ionic Impact Phenomena. Oxford: Clarendon Press, 1956.Google Scholar
  20. H. Neuert, Ionisation und Dissoziation von Gasen und Dämpfen durch Elektronenstoß. Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, Bd. XXIX, 1. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer, 1956.CrossRefGoogle Scholar
  21. Th. Peters, Plasmastrahlen mit Überschallgeschwindigkeit. Naturwiss. 24, 571 (1954).CrossRefGoogle Scholar
  22. Physikalisches Handwörterbuch. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer, 1952.Google Scholar
  23. Proceedings of a Symposium, High Temperature — a Tool for the Future. Berkeley, California: Stanford Research Institute, 1956Google Scholar
  24. A. Russell and M. T. Thomas, Ionization Produced by Atomic Collisions at KeV Energies. Physic. Rev. 109, 2015 (1958).CrossRefGoogle Scholar
  25. E. Sänger, Stationäre Kernverbrennung bei Raketen. Astronaut. Acta 1, 61 (1955).Google Scholar
  26. E. Sänger, Zur Mechanik der Photonenstrahlantriebe. Astronaut. Acta 3, 89 (1957).MathSciNetGoogle Scholar
  27. E. Sänger und I. Sänger-Bredt, Internationale Tagung über Staustrahlen und Raketen. Mitt. Forsch.-Inst. Physik d. Strahlantriebe, Nr. 6. Stuttgart: Verlag Flugtechnik, 1956.Google Scholar
  28. E. Sänger, Zur Strahlungsphysik der Photonenstrahlantriebe. Mitt. Forsch.-Inst. Physik d. Strahlantriebe, Nr. 10. München: Oldenbourg, 1957.Google Scholar
  29. E. Sänger, Strahlungsquellen für Photonenstrahlantriebe. Astronaut. Acta. 5, 15 (1959).Google Scholar
  30. I. Sänger-Bredt, Zur Thermodynamik von Arbeitsgasen für Atomraketen. Z. Natur-forsch. 8a, 796 (1953).Google Scholar
  31. I. Sänger-Bredt, Die Eigenschaften von Wasserstoff und Wasser als Arbeitsgase für kernchemisch beheizte Raketentriebwerke. Astronaut. Acta 3, 15 (1957) und Mitt. Forsch.-Inst. Physik d. Strahlantriebe, Nr. 16. Stuttgart: Verlag Flugtechnik, 1958.Google Scholar
  32. I. Sänger-Bredt und H. J. Kaeppeler, Thermodynamische Gemischeigenschaften von Oktan-Luft-Feuergasen unter Gleichgewichtsverhältnissen bei Temperaturen bis zu 4000 °K. Mitt. Forsch.-Inst. Physik d. Strahlantriebe, Nr. 17. Stuttgart: Verlag Flugtechnik, 1959. (Im Erscheinen.)Google Scholar
  33. I. Sänger-Bredt, Enthalpie-Entropie-Tafeln für Wasserstoff-Sauerstoff-Gemische unter Gleichgewichtsverhältnissen bei Temperaturen bis zu 10 000 °K. Mitt. Forsch.-Inst. Physik d. Strahlantriebe, Nr. 19. Stuttgart: Verlag Flugtechnik, 1959. (Im Erscheinen.)Google Scholar
  34. L. Seren, Fusion Reactors... Promising Nuclear Powerplants. Aviat. Age, Juli 1957, S. 42.Google Scholar
  35. H. T. Simmons, Air Force Studies Ion Power. Missiles and Rockets 2, Nr. 6, 76 (1957).Google Scholar
  36. G. P. Sutton, Ein Vergleich möglicher Antriebssysteme für Raumfahrzeuge. Raketentechn. Raumfahrtforsch. 3, 73 (1957).Google Scholar
  37. J. F. Tormey, Energy Limitations of Liquid Rocket Propellants. Aircraft Engng. 29, 248 (1957).CrossRefGoogle Scholar
  38. K. A. Wilde, Effect of Radical Recombination Kinetics on Specific Impuls of High Temperature Systems. Jet Propulsion 28, 119 (1958).Google Scholar
  39. A. J. Zähringer, Chemical Aspects of High-Energy Solid Propellants. Missiles and Rockets 2, Nr. 6, 110 (1957).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1959

Authors and Affiliations

  • Irene Sänger-Bredt
    • 1
  1. 1.Forschungsinstitut für PhysikStrahlantriebe e. V.Stuttgart-FlughafenBundesrepublik Deutschland

Personalised recommendations