Flugzeugtriebwerk vs Wasserstoff

[mfuster]

Hallo zusammen ich habe da mal ne ungewöhnliche Frage.

 

Viele Wetterballone werden ja mit Wasserstoff betrieben.

Was geschieht eigentlich wenn so ein Ballon mit sagen wir 1m^3 Wasserstoff in ein Triebwerk gerät?

 

Schluckt es das als ob nix wäre?

Gibt es eine kurzzeitige Leistungssteigerung?

Gibt es Schäden? oder sogar Totalschaden?

 

vielen dank

 

ps ich habe natürlich nicht vor das auszutesten :005:

 

mfuster

[Mike Rider]

aufgrund meines bescheidenen wissens in chemie würde ichs mal so sagen: mindestens das triebwerk dürfte über ein paar km^2 verteilt werden...

 

wasserstoff ist eine explosive sache (in Verbindung mit sauerstoff)

[Mario M.]

mindestens das triebwerk dürfte über ein paar km^2 verteilt werden...

 

das wage ich mal zu bezweifeln ;)

 

ein wasserstof-sauerstoff gemisch explodiert zwar bei zuführung einer aktivierungsenergie (die in dem fall vom laufenden triebwerk "bereitgestellt" würde), indem diese eine kettenreaktion in gang setzt, jedoch ist diese reaktion, im vergleich zu anderen explosionsartigen exothermen (also energieliefernden) reaktionen nicht ganz so heftig.

 

viele von uns haben in der schule oder an der uni schon den versuch gesehen oder selbst durchgeführt, bei dem wasserstoffperoxid (h2o2) zu h2 und 1/2 o2 katalytisch zersetzt wurde. wenn man dann ein streichholz drüberhält, macht es "plopp". das ist die recht bekannte knallgasreaktion. hier entsteht natürlich nur wenig wasserstoff. am beispiel der hindenburg ist meines erachtens auch recht gut zu erkennen, dass ein mit wasserstoff gefüllter körper nicht zwangsweise "bumm" machen muss und in zig einzelteile zerlegt wird. die hindenburg ist, wie auf den allseits bekannten aufnahmen zu erkennen ist, verbrannt. zwar ging dies sehr schnell vor sich, aber sie hat gebrannt und ist nicht explodiert. wasserstoff brennt übrigens mit farbloser flamme, die orangene flammenfärbung beim hindenburg-unglück kam von der aussenhaut.

dieses argument schliesst natürlich nicht aus, dass das triebwerk explodieren würde, wenn wasserstoff in die brennkammer gelangt, weshalb man vielleicht mal nach dem mechanischem vorgang fragen sollte:

 

so ein wetterballon wird am boden (1013 hpa) wohl mit einem 20-200 pascal höherem druck als dem aussendruck befüllt. auf der reiseflughöhe (sagen wir mal fl 370 oder sowas) beträgt der nur noch ca. 220 hpa, d.h. der ballon dehnt sich stark aus. ich hab mal nachgeschaut und herausgefunden, dass es wetterballons bis zu einem durchmesser von 10-12 metern gibt. nun lass so ein ding mal von einem triebwerk angesaugt werden. jetzt kommt es natürlich wieder drauf an, von was für einem flieger man ausgeht. angenommen, man hat ne md-80 oder gar ne citation, würde sowieso nichts eingesaugt werden, da der ballon einen viel grösseren durchmesser hat, als der abstand der triebwerke zum rumpf, vom durchmesser der triebwerke ganz zu schweigen. nimmt man vielleicht ne 777, dann ist die möglichkeit schön grösser, dass ein wetterballon von einem ge90 triebwerk mit 3,4 meter durchmesser angesaugt wird, zumal der abstand vom rumpf wesentlich grösser ist. wenn unser ballon auf dieser höhe nun einen inndendruck von 0,2-0,3 bar hat und am triebwerk zerrissen wird, so dehnt sich der wasserstoff zunächst erstmal etwas aus, weshalb einiger wasserstoff schon mal weg ist. dann strömt sicher viel wasserstoff am triebwerkseinlass vorbei (die 777 fliegt mal angenommen 900 kmh), da der ballon (angenommen, er hat nen durchmesser von 10m) ja viel grösser ist, als der triebwerkseinlass.

 

so, genug des gelabers: ich bin kein flugzeuchmechaniker oder luftfahrtingenieur. ich glaube, dass es dem triebwerk (schon aufgrund der latexfetzen des wetterballons) nicht unbedingt gut tut, aber explodieren wird es wohl eher nicht. ich lass mich gerne berichtigen, vielleicht habe ich auch mist gelabert...

 

edit: ich hab gerade gesehen, dass du von einem ballon mit einem kubikmeter h2 ausgehst. wenn wir annehmen, dass wasserstoff ein ideals gas ist (jaja, es ist ein reales, aber die berechnung ist mir dann zu kompliziert...) , dann sind das 44,46 mol wasserstoff, da ein mol ein volumen von 22,4 l hat. nach dem boyle-mariotte gesetz ( druck * volumen = konstant) hat der ballon, angenommen er ist mit 1100 hpa druck gefüllt in 37000 fuss höhe ca das 4,5 fache volumen, da der aussendruck um das 4,5 fache abgenommen hat. da das volumen einer kugel mit V = 4/3 pi r^3 berechnet wird, kann man für V 1 m^3 einsetzen. dabei kommt raus, dass dein ballon am boden einen radius von ca 62 cm hätte, was eigentlich ziemlich klein ist. auf fl 370 wären das dann 4,5 m^3, die in die oben genannte formel eingesetzt einen radius von ca 1 meter ergeben würde. das könnte natürlich gut in so ein ge90 triebwerk reinpassen, wäre meines erachtens aber viel zu wenig wasserstoff, um da gross was ausrichten zu können, da immer noch nicht alles eingesaugt würde. vielleicht red ich auch nur quatsch ;) solche pseudonaturwissenschaftlichen anfälle hat man als angehender naturwissenschaftler manchmal :D .

[mfuster]

Mario: Ich hab schon erwartet dass ich hier recht schnell ne gute Antwort bekomme. Ja du hast recht Wasserstoff explodiert erst wenn es im Verhältnis 2 zu 1 mit Sauerstoff gemischt wird. Das der Ballon in dieser höhe viel grösser ist als die Ansaugfläche hab ich gar nicht daran gedacht.

 

P.S. in Schweden gibt es eine Organisation die lassen Ballone mit bis zu 1.3 mio m^3 Startvolumen fliegen die heben dann bis zu 2 Tonnen!!

 

Ich hab mir noch überlegt das bei der wahrscheinlich ziemlich hohen durchflussgeschwindigkeit im Triebwerk die Brenngeschwindigkeit vom Wasserstoff gar nicht ausreicht um gegen Flugrichtung aus der Brennkammer herauszukommen. Und in der Brennkammer macht so ein bisschen mehr Energie wahrscheinlich nicht viel aus.

 

Das ist aber nur so ein gedanke wenn jemand genaueres weiss lass ich mich gerne belehren

 

Gruss Matthias

[Mario M.]

hm naja, die brenngeschwindigkeit von wasserstoff ist schon ziemlich hoch... es wird ja (wie kerosin bei den russen) häufig als raketentreibstoff eingesetzt. wobei es natürlich sein kann, das wasserstoff diese hohe brenngeschwindigkeit erst erreicht wird, wenn zusätzlich o2 zugeführt wird, weshalb das gute alte jet-a1 in der höhe vielleicht eine schnellere brenngeschwindigkeit hat.

 

1,3 millionen kubikmeter? donnerwetter, die dinger müssen ja riesig sein... ich habs gerade mal ausgerechnet, das ist ja krank :004: :D

[Jetpower]

Hi,

 

Eine Leistungssteigerung des Triebwerkes wird es nicht geben, angenommen der Wasserstoff würde "fachgerecht" zum verbrennen gebracht.

 

Die Drehzahl würde bei gleichem FF steigen, so zwar auch die abgegebene Leistung, aber da bist Du schon im roten Drehzahlbereich! Dasgleiche könntest Du auch mit Kerosin machen, indem Du einfach den FF steigerst.. Gasturbinen haben keine dem System immanente Höchstdrehzahl, so werden dir irgendwann (sehr bald) bei Überdrehzahl einige Teile bersten... Das ist aber auch der grosse Vorteil einer Gasturbine, die Leistungsfähigkeit richtet sich ganz nach der Festigkeit der eingesetzten Werkstoffe und Technologien...

 

Wasserstoff hat eine geringe Energiedichte, weshalb du sehr viel Brennstoffvolumen (ausgehend vom flüssigen Aggregatszustand) pro N Schub und kg Gewicht aufwenden müsstest, bei einem reinen Wasserstofftriebwerk. (viel viel mehr als bei Kerosin)

 

Wie ihr erwähnt habt, ist die "Flammengeschwindigkeit" bei Wasserstoff viel höher als bei Kerosin. Man könnte Triebwerke mit erheblich kleineren (kürzeren) Brennkammern ausrüsten und sie zudem noch viel schneller durchströmen lassen.

 

Nagelt mich nicht fest aber ich dachte dass die Flammenausbreitgeschwindigkeit bei Kerosin (JP4) um 5m/s beträgt. In der Primärzone der Brennkammer darf diese Geschwindigkeit nicht überschritten werden, sonst flame-out.

 

 

So genug Theorie :rolleyes:

 

 

Gruß

Johannes

[mfuster]

 

Zur ursprünglichen Frage kann ich (zum Glück, oder in diesem Fall - leider) auch keine abschliessende Antwrot geben. Ich hatte mal eine Fast-Kollision mit einem Wetterballon über Holland - Distanz ca. 20 m. Ehrlich gesagt hätte ich mir zu diesem Zeitpunkt weniger Gedanken über den Ballon als vielmehr über den darunter angehängten Messender gemacht. Dieses Teil möchte ich weder in ein Triebwerk noch durch die Frontscheibe geschossen kriegen.....:009:

 

 

Oski

 

Ich bin weder ein Flugzeug -techniker -mechaniker noch ein Pilot deshalb kann ich hier einfach reden. Ich würde natürlich auch lieber nicht in einen Wetterballon fliegen.

 

aber wegen dieser gefahr und auch aus gewichtsgründen werden in solchen sonden keine massiven Gehäuse eingesetzt sondern eher Sagex und Karton ich behaupte mal das massivste an einer Sonde ist die Batterie. Und wenn ein Triebwerk mit einem gefrorenen Hühnchen fertig wird dann wird wahrscheinlich auch eine solche Sonde keine ernsten schäden hervorrufen. Vieleicht hab ich das mit den Hühnchen aber auch falsch verstanden... :confused:

 

lonewulf schreibt von einem Beinahezusammenstoss gibt es denn auch vorfälle von Ganzzusammenstössen?

[Thomas H.]

Hallo zusammen

Details zu gebräuchlichen Radiosonden gibts z.B. bei einem Hersteller solcher: http://www.meteolabor.ch/g/meteoprod.htm. Wie mfuster schon gesagt hat, sind dies "leichtbau"-Modelle (die schweren sind immerhin 600g). Die leichten wesentlich weniger - je nach Messgeräten, die eingebaut sind. Damit sie beim runterfallen keinen Schaden anrichten sind sie übrigens mit einem Fallschirm ausgerüstet.

An der ETH haben wir im Praktikum jeweils auch nur einen Ballon (einfach ein sehr grosser Luftballon mit Helium - nicht Wasserstoff) steigen lassen (Durchmesser so um 1.5m) - und dies auf dem Hönggerberg, also rel. nahe an LSZH fliegen gelassen. Wir haben den Auftrieb per Federwaage gemessen und den Ballon per Sextant auf seiner Reise vermessen und daraus die Windgeschwindigkeit und -richtung berechnet...

Gruss

Thomas