Lavaldüse für Wasserstoff-Rakete?
In Physik haben wir eine Projektarbeit über Wasserstoff und wollen ein Versuch aufbauen. Dabei möchten wir Wasserstoff in eine Flasche füllen und anzünden (das ist alles schon mit dem Physiklehrer abgeklärt). Würde es bisschen was bringen unten eine Lavaldüse anzuhängen? Ich könnte mir gut Vorstellen dass es fast keinen Unterschied macht, aber cool wäre es trotzdem. Kann es helfen die Gase besser austreten zu lassen?
2 Antworten
Für eine Rakete braucht man nicht unbedingt eine Lavaldüse, aber man braucht eine Düse. Denn wenn man einfach irgendwie Gas verbrennt, hat man ein Feuer, vielleicht so was wie einen Gasherd oder eine Gasfackel, aber keine Rakete. Eine Rakete erzeugt durch den Ausstoß der Abgase Schubkraft. Eine Kraft ist aber eine gerichtete Größe. Also muss die Rakete die Abgase in eine bestimmte Richtung ausstoßen. Die Vorrichtung, die dafür sorgt, ist die Düse. Ohne Düse keine Rakete.
Das bedeutet aber, daß auch der Sauerstoff oder die Luft für die Verbrennung nicht von irgendwoher hinzutreten kann, sondern auf organisierte Weise zugeführt werden muss. Dafür muss die Verbrennung in einer Brennkammer stattfinden, an der außer der Düse auch die Zugänge für Brennstoff und Sauerstoff angeschlossen sind, und es braucht Vorrichtungen, die für die aufeinander abgestimmte Zufuhr beider Stoffe sorgen. Ihr braucht für eine Rakete also mehr als Flasche und Düse, nämlich ein Triebwerk.
(Zur Lavaldüse: Das ist eine bestimmte Bauart der Düse, durch die die Richtungsgebung und Schuberzeugung unter der Annahme eines bestimmten Umgebungsdrucks optimiert wird. Ihre Berechnung ist kompliziert und erfordert genaue Kenntnisse über den Verbrennungsprozess.)
Ich empfehle: Überlegt Euch für die Projektarbeit mit dem Wasserstoff lieber etwas Einfacheres als eine Rakete. Den Wasserstoff zur Energienutzung zu verbrennen ist schon interessant, und es gibt eine Fülle von weiteren interessanten Themen und Projektideen rund um den Wasserstoff.
Eine gewöhnliche Flasche hat schon für das Zweck deines Experiments eine geeignete Düse: dazu reicht der Flaschenhals. Dein Lehrer sollte am besten auch vorher berechnen, dass die Flasche nicht bersten wird. Das wäre v.a. bei einer Glasflasche wichtig, weil die soll keine Handgranate werden. Eine Kunststoffflasche hingegen wäre feuergefährlich und du musst den Brand löschen können.
Lavall-DüseDiese Art der Düse dient der Erzeugung einer Überschallströmung. Eine so große Geschwindigkeit ist für den Zweck deines Experiments nicht nötig. Außerdem funktioniert die nur im Zusammenhang mit einem ausreichend hohen Druck in deiner Flasche. Den solltest du aber erst gar nicht erzeugen, um die Flasche nicht zum bersten zu bringen.
der Rückstoß kommt immer nur vom Druck in der Flasche, der wiederum durch aufpumpen oder durch Verbrennung entstehen kann. Echte Raketen machen übrigens beides gleichzeitig.
Wenn der Flaschenhals als Düse dient, dann kommt der Rückstoß allein vom Druck in der Flasche. Das Verbrennen des Wasserstoffs trägt dann dann nichts dazu bei
so gesehen ist das nicht physikalisch nachvollziehbar.
In der Flasche kann doch gar nichts verbrennen. Von einer Sauerstoffzufuhr in die Flasche wurde hier jedenfalls nichts gesagt. Und wenn es eine gäbe, dann wäre das Ergebnis nur eine Knallgasverpuffung und wahrscheinlich die Zerstörung der Flasche..
Stimmt, echte Raketen verbrennen den Brennstoff, und in die Brennkammer pumpen sie ihn und den Oxidator mit nicht wenig Druck. Dass aber der Treibstoffbehälter (den unsere Flasche ja darstellen soll) gleichzeitig auch als Brennkammer dient, ist nur bei Feststoffraketen und Hybridraketen machbar, aber nicht bei Flüssigkeitsraketen. Der Schub entsteht jedenfalls nicht durch den Druck der Treibstoffpumpen, sondern durch den Druck, den die Verbrennung erzeugt.
Wenn der Flaschenhals als Düse dient, dann kommt der Rückstoß allein vom Druck in der Flasche. Das Verbrennen des Wasserstoffs trägt dann dann nichts dazu bei und statt Wasserstoff tut es auch Pressluft. Das kann man so machen. Schon ein Luftballon ist so ein Raketenmodell.