Mehr oder weniger unbedarfte Idee zu einem cryogenen Wasserstoff-Antrieb

[HB-IDF]

Naja, soweit ich das in Erinnerung habe, stammt die Aussage mit den Kondensstreifen aus einer DLR-Studie. Ob starker, langlebiger Kondensstreifen, evtl. sogar noch von selbst zu einer flächigen Cirrusbewölkung auswachsend, oder nicht, hängt oft nur von wenigen hundert Metern Höhenunterschied, und wenigen Grad Temperaturunterschied der Abgase ab. Problematisch ist das meiner Erinnerung nach vor allem dann, wenn eine solche künstliche Wolkenbildung bis weit in die Nacht besteht, und die normale nächtliche Wärmeabstrahlung aus der Atmosphäre verringert. Bei Tage bremst es die Klimaerwärmung eher ab.

Evtl. wäre ein begrenztes Maßnahmenpaket vorstellbar, das wenig kostet, zunächst nur eine bestimmte Region und bestimmte Tageszeiten umfasst, sich aber empirisch auswerten lässt: tageszeit- und wetterabhängiges Flughöhen-Management, vielleicht auch testweise Modifikationen an Triebwerken, um Abgastemperaturen innerhalb einer gewissen Marge situationsbezogen zu variieren (z.B. durch softwareseitige Maßnahmen, oder eine kleine Mikrowellenheizung am Abgasaustritt, die die vorbeiströmenden Wassermoleküle erwärmt).

 

[Chopper80]

Die Theorie, das diese das Wetter beeinflussen ist unbewiesen

Die beeinflussen ganz sicher das Wetter. Sind ja im Prinzip künstlich erzeugte Wolken, die ohne Flugzeug nicht da wären. So wie auch Vulkanasche das Wetter beeinflusst oder durch das Einbringen von Silberjodid Gewitterwolken zum Abregnen gebracht werden.

C80

 

[Doppelnik]

Flughöhenmanagement könnte helfen der Rest nicht, solange die Umgebung eiskalt ist wird das Wasser beim Vermischen mit der eiskalten Umgebungsluft immer auskondensieren. Die Luft nach dem Triebwerk elektrisch erwärmen zu wollen wäre (abgesehen von der wirkungslosigkeit) mit einem gigantischen Energieverbrauch verbunden!

Brennstoffzellen können bei Kurzstrecken eine Option sein, bei richtig hoch fliegenden Flugzeugen steigt aber der energetische Aufwand für die Luftversorgung stark an worunter der Wirkungsgrad leidet. Flugtriebwerke hingegen laufen umso effizienter je höher die Flughöhe ist, daher werden Turbinen bei Langstreckenflugzeugen auch mit Wasserstoff die bessere Option bleiben

 

[innwolf]

@HB-IDF: ..................................
Direkt flüssigen Wasserstoff in die Brennkammer einzudüsen ist (abgesehen von thermodynamischen Nachteilen) sicher auch nicht ungefährlich bezüglich der Temperaturwechselbelastung wenn ein tiefgefrohrender Wasserstofftropfen auf eine 1000 °C heiße Oberfläche treffen sollte.

Hallo,
sehe ich weniger kritisch:

1. Ob 1000K Differenztemperatur bei Kerosintropfen oder 1250K bei Wasserstofftropfen, das ist eine ähnliche Größenordnung der Temperaturunterschiede.

2. Bei nur 10K Temperaturerhöhung bildet der Wasserstoff sofort eine isolierende Gasschicht zu den heissen Turbinenbauteilen. Kerosin muß eher um 250K erwärmt werden um Gas zu bilden.

 

[HB-IDF]

@nik: Das Wasser in den Abgasen ist m.W. nicht das Hauptproblem, sondern das Wasser aus der Luftfeuchtigkeit, das bereits dort vorliegt, ohne zu kondensieren. Von Lufttemperatur, Druck, rel. Luftffeuchte / Taupunkt, Abgastemperatur etc. hängt ab, ob Wassertröpchen und andere Mikroteilchen aus den Abgasen vorbeifliegender Maschinen zu Kondensationskeimen werden oder nicht.

Sieht man Kondensstreifen am Himmel, so bestehen diese nicht primär aus den Abgasen bzw. dem darin enthaltenen Wasser. Es das ist das schon vor dem Vorbeiflug enthaltene Wasser in dieser Luftschicht, das unter ganz bestimmten Randbedingungen an den Abgasen kondensiert - und unter anderen Randbedingungen nicht. Es gibt etliche Tage im Jahr, wo der blaue Himmel über dem stark beflogenen Elbe-Weser-Raum von keinem einzigen Kondensstreifen verziert wird - aber manchmal ist es ein richtiges Schnittmuster aus weißen Linien, die sich zu einer cirrusartigen Bedeckung auswachsen.

Unter Extrembedingungen reicht schon die Turbulenz hinter den Tragflächen, um Kondensation auszulösen - da würde wirklich nur helfen, über oder unter dieser Luftschicht zu fliegen. Bei einer solchen Wetterlage dürfte die Wolkenbildung allerdings auch ohne Flugzeuge nicht mehr lange auf sich warten lassen.

Meist entstehen die Streifen aber eben doch ein Stück hinter den Triebwerken. Es ist immer wieder interessant zu beobachten, wenn sich der Streifen des einen Jets nach ein paar Flugzeuglängen wieder auflöst, der eines anderen aber langlebig über -zig Kilometer zieht. Ich kann mich auch an die Aussage erinnern, dass modernere Triebwerke mit niedriger Abgastemperatur dieses Problem verschlimmert haben, während alte Spritschleudern mit hoher EGT in der gleichen Höhe weniger Kondensation erzeugten. Sogar Unterschiede im technischen Zustand einzelner Triebwerke scheinen eine Rolle zu spielen, wenn bspw. ein Vierstrahler im Einzelfall drei dicke und einen dünnen Streifen hinterlässt.

Soweit ich weiß, hat das Militär teilweise auch mit Additiven experimentiert, um verräterische Kondensstreifen zu unterdrücken. Allerdings schafft das u.U. neue Umweltprobleme. Aber es zeigt, dass schon kleine Veränderungen der Abgaseigenschaften auf das Phänomen wirken können. Deshalb würde ich mir wünschen, dass die Idee einer variablen EGT ernsthaft untersucht, und nicht pauschal abgewiesen, wird. Man würde ja den höheren Energieeinsatz immer nur für kurze Zeit erbringen (z.B. bis man ein kritisches Höhenband durchstiegen hat).

Vielleicht könnte auch der umgekehrte Weg, die Abgase durch starke Durchmischung mit dem kalten Mantelstrom schnell herunterzukühlen, etwas bewirken, weil wenige, größere Tropfen eine geringere Gesamtoberfläche haben als viele kleine (?).

Ein Lösungsansatz, über den ich in einem anderen Thread schon mal geschrieben hatte, können auch TP-Flugzeuge sein, deren typische Reiseflughöhen etwas unter den besonders anfälligen Höhenbereichen liegen (z.B. FL 250). Gerade auf der klimapolitisch verrufenen Kurzstrecke hätte man hier Spritersparnis (CO2) und Kondensstreifenvermeidung gleichzeitig, und das bei wenig bzw. gar keinen Zeitverlusten für die Reisenden, zu konkurrenzfähigen Kosten. Ich würde mir auch hier wünschen, dass darüber ernsthafter diskutiert wird.

 

[Doppelnik]

ich glaub da nicht dran, auch bei den großen hochfliegenden Flugzeugen mit Kolbenmotoren konnte man dicke Kondensstreifen sehen und da sind die Abgastemperaturen viel höher.als bei Turbinen

 

[Doppelnik]

Hallo,
sehe ich weniger kritisch:

1. Ob 1000K Differenztemperatur bei Kerosintropfen oder 1250K bei Wasserstofftropfen, das ist eine ähnliche Größenordnung der Temperaturunterschiede.

2. Bei nur 10K Temperaturerhöhung bildet der Wasserstoff sofort eine isolierende Gasschicht zu den heissen Turbinenbauteilen. Kerosin muß eher um 250K erwärmt werden um Gas zu bilden.

Es ist nicht nur die reine Temperaturdiffernz (obwohl 250 K Unterschied bei Werkstofftemperaturen Welten ausmachen!) die Anforderungen für extrem niedrige Temperaturen (möglichst geringe Sprödigkeit) und extrem hohe Temperaturen (möglichst geringes Fließen) sind extrem gegenläufig. Es ist sicher extrem schwierig unter allen Umständen sicher zu gehen, dass nicht dieselben Teile mal glühend heiß und mal schockgefrohren werden.

 

[innwolf]

Es ist nicht nur die reine Temperaturdiffernz (obwohl 250 K Unterschied bei Werkstofftemperaturen Welten ausmachen!) die Anforderungen für extrem niedrige Temperaturen (möglichst geringe Sprödigkeit) und extrem hohe Temperaturen (möglichst geringes Fließen) sind extrem gegenläufig. Es ist sicher extrem schwierig unter allen Umständen sicher zu gehen, dass nicht dieselben Teile mal glühend heiß und mal schockgefrohren werden.

Richtig, nur sehe ich bei Wasserstoff eben den sich sofort bildenen Gasfilm, bei Kerosin aber nicht so schnell. Da denke ich auch an das Experiment rotglühende E-Herplatte mit Mulde und Wasser drauf geschüttet. Auch unter dem großen Wassertropfen ( 2 bis 5 cm³ ) bleibt die Rotglut der Herdplatte, die ist deulich zu sehen, eine Wasserdampfisolierschicht bildet sich zwische Flüssigphase und rotglühender Herdplatte! Bis zu 10s hält sich das Wasser langsam verdampfend. Die Herdplattenoberfläche wird NICHT auf die Temperatur des Wassers, max.100°C, schockgehkühlt

 

[Doppelnik]

Du weißt schon dass Wasserstoff und Wasser zwei paar Schuhe sind?

Um den Versuch realistisch zu machen, blase die Herdplatte mit heißer Luf an (mit einer realistischen, sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit), und spühe danach flüssigen Wasserstoff in den Luftstrom, so dass einzelne Tropfen es bis auf die Herplatte schaffen.

 

[cool]

Flugtriebwerke hingegen laufen umso effizienter je höher die Flughöhe ist, daher werden Turbinen bei Langstreckenflugzeugen auch mit Wasserstoff die bessere Option bleiben

Also der erste Teil stimmt (leider) nicht. Strahltriebwerke (als Wärmekraftmaschinen) laufen vor allem dann effizient, wenn Temperatur (Brennkammeraustritt) und Druck (Brennkammereintritt) möglichst hoch sind. Technisch natürlich ein Spagat. Deswegen werden ja hohe Druckverhältnisse und Turbineneintrittstemperaturen angestrebt.
Mit steigender Flughöhe und zunehmender Fluggeschwindigkeit sinkt der Wirkungsgrad. Der Ram-Rise-Effekt kommt dann irgendwann bei höheren (subsonischen) Machzahlen zu tragen und flacht die Kurve ab.

Flugzeuge fliegen gerne so hoch, weil der Luftwiderstand dramatisch sinkt, infolge dessen ist der Treibstoffverbrauch auch geringer. Das rührt aber nicht daher, dass die Triebwerke effizienter arbeiten, sondern dass diese einfach weniger liefern müssen.

 

[Doppelnik]

Das stimmt nur halb, Gasturbinen arbeiten am effektivsten wenn der relative Temperaturunterschied am größten ist, daher ist kalte Luft am Einlass am günstigsten, während die Maximaltemperatur durch die Werkstofffestigkeit begrenzt wird und in jedem Fall (auch bei -80 °C) erreicht wird. Durch die niedrige Ansaugtemperatur ist die Verdichterarbeit viel niedriger als am Boden und das Druckverhältnis kann viel höher sein. Das Druckverhältnis gibt letzendlich an, wieviel Wärme in mechanische Energie umgewandelt werden kann.

 

[cool]

Die TSFC steigt mit zunehmender Höhe und zunehmender Geschwindigkeit oder nicht? (rhetorische Frage)

 

[Doppelnik]

TFC? was ist das?

 

[Doppelnik]

anbei mal ne Quelle:

"Bei genauer Betrachtung der Thermodynamik des Verbrennungsprozesses stellt man dann auch fest, dass sich der schubspezifischen Kraftstoffverbrauchs mit der Höhe verringert, weil dort in der kälteren Luft der Turbinenwirklungsgrad höher ist. Dies zeigt auch (3)."

https://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/Aero/AERO_M_TSFCundPSFC_17-07-15.pdf

 

[Charly]

Hallo zusammen,

anbei aktueller Artikel aus der Flugrevue. Zu dem Thema gab es bereits in einer Ausgabe 1993 einen Artikel zu Thema Cryoplane. Den Einsatz hatte man damals
für 2010 prognostiziert ;-)

Zukunftsantriebe: Kann Wasserstoff die Zukunft sein?

 

[Charly]

Da denke ich auch an das Experiment rotglühende E-Herplatte mit Mulde und Wasser drauf geschüttet. Auch unter dem großen Wassertropfen ( 2 bis 5 cm³ ) bleibt die Rotglut der Herdplatte, die ist deulich zu sehen, eine Wasserdampfisolierschicht bildet sich zwische Flüssigphase und rotglühender Herdplatte! Bis zu 10s hält sich das Wasser langsam verdampfend. Die Herdplattenoberfläche wird NICHT auf die Temperatur des Wassers, max.100°C, schockgehkühlt

Ich glaube das ist das sogenannte "Leidenfrost´sche Phänomen". Das funktioniert auch im Niedertemperaturbereich. Nur mal etwas flüssigen Stickstoff auf den Boden tropfen lassen...
Wegen Temperaturangleich: Man muss halt sehr vereinfacht gesagt, immer die Massebilanz und Wärmekapazitäten im Auge behalten ;-).

 

[Schorsch]

Ich denke, wenn ueberhaupt, dann sollte Wasserstoff benutzt werden um synthetischen Treibstoff herzustellen, der dann wiederum in konventionellen Triebwerken verbrannt werden kann.
Solange man irgendeinen Wasserstoffhaltigen Treibstoff oxidiert und in der, verbrauchoptimalen Hoehe fliegt, entstehen auch Kondensstreifen.
Die Theorie, das diese das Wetter beeinflussen ist unbewiesen und rechtfertigt sicher nicht Billiardenschaeden in der Luftfahrtindustrie.

Das ist schon beweisen, allerdings kann der Effekt in beide Richtungen gehen.

https://www.dlr.de/pa/en/Portaldata/33/Resources/dokumente/mitarbeiter/Klimawirkungen_des_Luftverkehrs_Folien.pdf

 

[Doppelnik]

Ich glaube das ist das sogenannte "Leidenfrost´sche Phänomen". Das funktioniert auch im Niedertemperaturbereich. Nur mal etwas flüssigen Stickstoff auf den Boden tropfen lassen...
Wegen Temperaturangleich: Man muss halt sehr vereinfacht gesagt, immer die Massebilanz und Wärmekapazitäten im Auge behalten ;-).

es geht hier nicht um Tropfen die auf ner Oberfläche tanzen, sondern um Tröpfchen welche ggf. mit hoher Geschwindigkeit dagegen geschossen werden. Dass sollte man sicher zu verhindern wissen!

 

[Charly]

es geht hier nicht um Tropfen die auf ner Oberfläche tanzen, sondern um Tröpfchen welche ggf. mit hoher Geschwindigkeit dagegen geschossen werden. Dass sollte man sicher zu verhindern wissen!

...mein Kommentar bezog sich ausschließlich auf die Aussagen in #88.

 

[TomTom1969]

Am 19.11. gibt es einen Online -Vortrag zum Thema „Design of Hydrogen Passenger Aircraft - How much "Zero-Emission" is Possible?“, siehe Hamburg Aerospace Lecture Series . Veranstalter ist die Hamburg Aerospace Lecture Series, ein Zusammenschluss von DGLR, RAeS, VDI, ... Die Online-Teilnahme mit Zoom funktioniert überraschend gut!

Vielleicht wird ja die eine oder andere Frage aus dem Thread thematisiert bzw. bentwortet.