DE102022000797A1

DE102022000797A1 - Zündkonzept und Verbrennungskonzept für Triebwerke und Raketen; möglichst effektive, bzw. gerichtete Anregung und Zündung mittels angepasster elektromagnetischer Strahlung bzw. elektromagnetischer Wellen (z. B. Radiowellen, Mikrowellen, Magnetwellen) und katalytischer Absorber zur Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades und Schubes

Info

Publication number: DE102022000797A1
Application number: DE102022000797.5A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2022-09-15
Also published as: US20220341594A1

Abstract

Häufig muss im Brennraum fremdgezündet werden. Begleitend kann stimuliert werden. Oft wird elektrisch ein Zündkeim gebildet. Dies hat energetische Nachteile. Erforderliche Einbauten (z.B. Elektroden) können nachteilig sein. Eine Zündung mittels Plasmaflammen braucht auch feste Einbauten. Elektromagnetische Zündungen sind im Automobilbereich nachgewiesen (z.B. Mikrowellen). So kann das Zündfeld aufgeweitet und die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht werden, bei ggf. niedrigerer Temperatur. Für die Luft- und Raumfahrt ist diese effektvolle Zündung bisher aufgrund des hohen elektrischen Bedarfes nicht vorteilhaft. Dieses Konzept soll bei niedrigem elektrischem Energiebedarf durchführbar sein.Zur besseren Einkoppelung des Elektromagnetismus werden katalytische Absorber oder ggf. Metallpartikel verwendet. Kontaktlos wird durch Keramiken oder metallische Antennen gezündet. Einbauten können entfallen. Eine Zündung im Zentrum des Brennraumes bei höchsten Drücken Ist besonders aussichtsreich. Die möglichst gerichtete Verbrennung wird angestrebt. Elektroenergie kann durch Turbopumpe, Generator oder Thermoelement bereitgestellt werden.Luft- und Raumfahrt

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bzw. Konzept entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches I
(Anwendungsgebiet: Luft- und Raumfahrt) Tabelle 1: Übersicht relevanter Unterlagen

Nr.	Titel	Patentdatum
AU
AU 2016 259 366 A1	IGNITION APPARATUS, INTERNAL-COMBUSTION EN-GINE; IGNITION PLUG PLASMA EQUIPMENT, EXHAUST GAS DEGRADATION APPARATUS OZONE GENERATING/ STERILIZIING/ DISINFECTING APPARATUS, AND ODOR ELIMINATION APPARATUS	17.11.2016 (angemeldet) 08.12.2016 (offengelegt).

CA
CA 26 25 789 C2	VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DETEKTIEREN EINER PLASMAZÜNDUNG	04.10.2006 (angemeldet) 27.03.2008 (veröffentlicht)

DE
DE 39 03 602 A1	Anwendung von Magnetfeldern in Raketenmotoren	08.02.1989 (angemeldet) 09.08.1990 (offengelegt)
DE 43 11 035 A1	Verfahren zur Zündung oder Anregung eines Gases mittels eingekoppelter Mikrowellen	03.04.1993 (angemeldet) 17.08.1995 (offengelegt)
DE 102 46 201 A1	Raketentriebwerk für erhöhte Temperatur mit selbsterzeugendem Magnetfeld	04.10.2002 (angemeldet) 15.04.2004 (offengelegt)
DE 103 56 916 B3	Verfahren zum Zünden der Verbrennung eines Kraftstoffes in einem Verbrennungsraum eines Motors, zugehörige Vorrichtung und Motor	01.12.2003 (angemeldet) 23.06.2005 (veröffentlicht)
DE 198 02 745 C2	Mikrowellentechnische Zünd- und Verbrennungsunterstützungs-Einrichtung für einen Kraftstoffmotor	26.01.1998 (angemeldet) 29.07.1999 (offengelegt)
DE 413 62 97 A1	Vorrichtung zur lokalen Erzeugung eines Plasmas in einer Behandlungskammer mittels Mikrowellenanregung	04.11.1991 (angemeldet) 06.05.1993 (offengelegt)
DE 602 21 975 T2	MIKROWELLENPLASMAPRO-ZESSEINRICHTUNG, PLASMAZÜNDVERFAHREN, PLASMABILDEVERFAHREN UND PLASMAPROZESSVERFAHREN	28.03.2001 (Priorität) 28.03.20 (PCT-angemeldet)
DE 10 2009 016 665 A1	Verbrennungsmotor	31.03.2009 (angemeldet) 07.10.2010 (offengelegt)
DE 10 2013 010 408 A1	VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DETEKTIEREN EINER PLASMAZÜNDUNG	21.06.2013 (angemeldet) 24.12.2014 (offengelegt)

EP
EP 3 064 767 A1	Verfahren und zum Einbringen von Mikrowellenenergie in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor	03.03.2015 (angemeldet) 07.09.2016 (veröffentlicht)
EP 1 444 434 B1	ZÜNDSYSTEM UND VERFAHREN FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE MIT MIKROWELLEN-QUELLEN	16.11.2001 (Priorität) - 1.08.2004 (veröffentlicht)

GB
GB 000000805400A	Air-Breathing Jet Engines Suitable for use at High Altitudes	21.12.1954 (angemeldet) 03.12.1958 (veröffentlicht)

US
US000003272879A	HIGH ENERGY FUELS AND METHODS	28.12.1959 (beantragt) 13.09.1966 (patentiert)
US000007635461B2	COMPOSITE COMBUSTION CATALYST AND ASSOCIATED METHODS	07.06.2004 (angemeldet) 22.12.2009 (patentiert)
US020080264372 A1	TWO STAGE IGNITION SYSTEM	17.03.2008 (angemeldet) 30.10.2008 (veröffentlicht)
US 2011/0154726A1	COMBUSTION MODIFER AND METHOD FOR IMPROVING FUEL COMBUSTION	07.03.2011 (eingereicht) 30.06.2011 (veröffentlicht

WO
WO001995004119A1	FUELADDITIVES	02.08.1993 (Priorität) 09.02.1995 (veröffentlicht)
WO 2007/101646	FUNKTIONALE PAPIERE FÜR DIE ABSORPTION VON HOCHFREQUENTEN ELEKTRISCHEN FELDERN UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG	07.03.2006 (Priorität) 13.09.2007 (veröffentlicht)

Tabelle 2: Übersicht relevanter Unterlagen (des gleichnamigen Anmelders)

Nr.	Titel	Datum
DE 10 2021 001 272.0 (Priorität dieser Anmeldung)	Zündkonzept für Triebwerke und Raketenantriebe: möglichst gerichtete Anregung und Zündung mittels angepasster elektromagnetischer Anregung (z.B. Radiowellen, Mikrowellen, Magnetwellen) und Metallzusätzen (z.B. ferromagnetischer Stoffe und Katalysatoren) zur Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades und Schubes	10.03.2021 (Anmeldung)
DE 10 2021 004 141.0	Angepasstes Verfahrenskonzept und Leistungskonzept für Triebwerke (z.B. Raketen, Überschallraketenbrennkammern / Düsentriebwerke), luftatmende Antriebe (z.B. Unterschall-Staustrahltriebwerke, Ramjets, Scramjets, Dualmode, Pulsejets, Detonationstriebwerke, Raketen-Staustrahl-Antriebe), Turbopumpen bzw. Düsen (z.B. Glockendüsen, Aerospikes)	12.08.2021 (Anmeldung) (gleichnamiger Anmelder)
DE 10 2021 004 807.5	Antriebskonzept zur Kombination von konventionellen Raketentriebwerken und luftatmenden Triebwerken (Heber-Konzept)	23.09.2021 (Anmeldung) (gleichnamiger Anmelder)
DE 10 2022 000 497.6	Reaktions- und Auslegungskonzept für Triebwerke zur katalytischen Steuerung / energetischen Auslösung (z.B. mit Metallzusätzen) der inneren Geschwindigkeit (Beschleunigung) und Austrittsgeschwindigkeit mit Beeinflussung von Temperatur sowie Druck für einen verbesserten Wirkungsgrad und Brennraumanpassung (Treiber-Konzept)	09.02.2021 (Anmeldung) (gleichnamiger Anmelder)

Nichtpatentliteratur / Quellen:

[1] https://www.phvsikdidaktik.uni- osnabrueck.de/fileadmin/user upload/Artikel%20Berger/Berger2002a.pdf vom 03.03.2022: DAS MIKROWELLENGERÄT - EIN INTERESSANTER KÜCHENHELFER
[2] Prof. Messerschmid, Ernst et al: Raumfahrtsysteme, 4. Auflage, Springer Verlag 2011, ISBN 978-3642-12816-5
[3] https://www.electronenerqy.com/samarium-cobalt-maanets/ vom 03.03.2022
[4] www.ufz/index.php?de=37415 vom 24.02.2021
[5] Halbedel, B. et. al.: Absorbermaterialien für Hochfrequente elektromagnetische Felder auf Basis von modifizierten Bariumhexaferritpulvern; Thüringer Werkstofftag 2010
[6] https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/neuartiges-pulver-absorbiert-mikrowellen- a-151254/ vom 28.02.2021
[7] Jing Sun et. al.: „Review on Microwave-Matter Interaction Fundamentals and Efficient Microwave-Associated Heating Strategies“; Materials 2016, 9, 231; www.mdpi.com/iournal/materials
[8] https://www.t-online.de/auto/technik/id 67616388/diesotto-neues-vomselbstzuender-benzinmotor.html vom 03.03.2022
[9] https://motor.at/tests/mazda-skvactiv-x-was-bei-dem-revolutionaeren-motorverbessert-wurde/401467663 vom 03.03.2022
[10] Stuart James Barkley (Dissertation): Microwave enhancement of energetic materials combustion through gas-phase flame interactions; Iowa State University; 2020
[11] Kline et. al.: Spatially focused microwave ignition of metallized energetic materials; Journal of Applied Physics 127, 055901, 2020
[12] https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Gleichraumprozess vom 03.03.2022
[13] https://mwi-ag.com/technik/ vom 19.02.2021

A - Einleitung
Stand der Technik
Bei chemischen Triebwerkssystemen ist die Zündung einer der wichtigsten technischen Parameter. Dies kommt beispielsweise im Verbrennungsdreieck zum Ausdruck. Für chemische Triebwerkssysteme ist grundsätzlich hinsichtlich Eigenzündung und Fremdzündung zu unterscheiden. Im Bereich der Raketen haben sich Eigenzündungen mit möglichst isobarer Zustandsänderung durchgesetzt. Für Erst- und Wiederzündung können einmalige Zündungen z.B. elektrisch oder chemisch unterstützen. Im Bereich luftatmender Triebwerkssysteme haben kontinuierliche Fremdzündungen eine größere Bedeutung (z.B. für Ramjets und Scramjets). Darüber hinaus gab es im Bereich zyklischer Verbrennungskraftmaschinen wiederholt Versuche die Vorteile von Fremd- und Eigenzündung zu kombinieren (z.B. Skyactiv-X [8] oder Diesotto [9]). Bei zyklischen Verbrennungskraftmaschinen sind Eigenzündungen (Kompressionszündungen) besser kontrollierbar. So besitzen Dieselmotoren einen höheren effektiven Wirkungsgrad als Ottomotoren. Obwohl Ottomotoren bei gleichen Verdichtungsverhältnissen durch theoretische Gleichraumverbrennung einen höheren theoretischen Wirkungsgrad als Dieselmotoren besitzen [12].
Kraftstoffe (z.B. im KFZ-Bereich) oder Treibstoffe in der Luft- und Raumfahrt müssen im Brennraum häufig fremdgezündet werden. Es werden verschiedene Arten der Zündung eingesetzt. Eine häufige Art der Zündung erfolgt mittels elektrischer Zündkerzen. Hierbei entsteht unter geeigneten Voraussetzungen ein Zündkeim (z.B. bei zündfähigem Gemisch an der Elektrode). Der Zündkeim wächst in laminarer Phase in der Brennkammer. Die Druckwelle wandert häufig der Flammfront voraus und wird an der Brennkammerwand reflektiert. Druck- und Flammfront können sich wieder treffen und die Reaktion beeinträchtigen, was häufig Wirkungsgradverluste und Schadstoffe zur Folge hat [z.B. EP 3 064 767 A1 ]. Erst bei nachfolgender turbulenter Verbrennung wird die chemische Energie effektiver in kinetische Energie umgewandelt. Im Automobilbereich wird für eine verbesserte Zündung mittels Mikrowellen geforscht und gearbeitet. Idealerweise soll eine frühzeitige Raumzündung erreicht werden um einen höheren Anteil an turbulenter Verbrennung zu ermöglichen (z.B. Patentschrift EP 3 064 767 A1 der Micro Wave Ignition AG). Für Verbrennungsmotoren wird mit der Patentschrift DE 198 02 745 C2 die Zündung per Mikrowellen mittels Anregung mehrerer Moden (bzw. lokaler Feldstärkeüberhöhungen) mit teilweise höherer und niederer Ordnung beansprucht (z.B. Whispering Gallery Modes). Die Patentschrift verweist darauf, dass durch Mikrowellen die Flammgeschwindigkeit nahe der Magergrenze bei Kraftstoffmischungen verdoppelt wird. Dies wird auf die Mikrowellenheizung zurückgeführt, welche eine höhere Flammtemperatur bewirkt. Daraus wird in der Patentschrift gefolgert, dass bei niedrigerer Verbrennungstemperatur unter Mikrowelleneinfluss die Flammgeschwindigkeit und damit Effektivität erhöht werden kann. Eine höhere Flammgeschwindigkeit bedeutet einen höheren Anteil turbulenter Verbrennung. Gemäß [13] liegen die bereits realisierbaren Verbrennungstemperaturen bei Verbrennungsmotoren mit Mikrowellen bereits ca. 60 - 120 K unter denen bei herkömmlicher Funkenzündung. Entsprechend Patentschrift EP 3 064 767 A1 erfolgt bei schneller ablaufender Verbrennung durch verbesserte Zündung eine „kältere“ Verbrennung mit steigendem Wirkungsgrad der Verbrennung.
Bei elektrischen Triebwerkssystemen wird häufig ein Magnetfeld auf den Treibstoff, bzw. das Gas ausgerichtet um diesen in eine bestimmte Richtung im Triebwerk zu beschleunigen (insbesondere bei magnetoplasmadynamischen Triebwerken). Hierzu wird im Unterschallbereich die ohmsche Heizung und im Überschallbereich die Lorentzkraft genutzt. Die ohmsche Heizung, bzw. jede Art der Heizung besitzt dabei die Tendenz zur Beschleunigung, ist jedoch ungerichtet. In Russland sind zudem Triebwerke mit äußerem Magnetfeld (Hallionenbeschleuniger) bereits flugerprobt. Diese nutzen Gase und Metalle als Treibstoffe zur Beschleunigung. Die Gase (z.B. Xenon) und Metalle werden jedoch nicht gezündet.
Mit Dauermagneten aus Aluminium-Nickel-Cobalt, oder z.B. Sm₂Co₁₇ (Seltenerdmetalle) aus Samarium und Cobalt sind Einsatztemperaturen der Magnetwerkstoffe von ca. 500 °C, bzw. 773 K möglich [3].
Im Luft- und Raumfahrtbereich gibt es Ansätze mittels Mikrowelle einmalig zu zünden (Patentschrift AU 2016 259 366 A1 , Patentschrift CA 000 00 26 25 789 C2 ). Um den Brennraum von der Antenne bzw. dem Hohlleiter abzuschirmen können Werkstoffe wie Keramiken verwendet werden. Diese Werkstoffe sind für Mikrowellen überwiegend durchlässig und können gleichzeitig für höhere Temperaturen eingesetzt werden. Dagegen schirmen Metalle Mikrowellen ab einer gewissen Schichtstärke ab, bzw. reflektieren diese.
Gemäß [5] sind spezielle Absorbermaterialien mit modifizierbaren elektromagnetischen Eigenschaften interessant (z.B. hexagonale Ferrite). Diese Materialien besitzen ein hohes Absorptionsvermögen von Mikrowellen.
In der Patentschrift WO 2007/101646 wird ein beschichtetes Papier zur Materialprüfung und Bearbeitung mittels Mikrowellen benannt. Dieses Papier ist mit Ferrit-Pulver beschichtet.
Für die Verwendung von Metallteilen im Brennraum sind bei Flüssigtriebwerken für Raketen ternäre Systeme / Triergolsysteme bekannt (Oxidator, Reduktionsmittel und metallische Komponente/n). Diese ternären Systeme / Triergolsysteme nutzen Metallteile um den Schub zu erhöhen. Auch bei Fahrzeugen werden Metalle in Kraftstoffen als homogene Katalysatoren, bzw. Additive verwendet. Die Patentschrift WOO01995004119A1 - FUEL ADDITIVES verweist darauf, dass Eisen und Mangan, bzw. Kupfer Schäden am KFZ-Motor verursachen können. Daher bevorzugt die Patentschrift Alkali / Erdalkali, Seltene Erden Metalle. Diese werden in gelöster Form eingebracht (Lewis-Basen).
In der Luft- und Raumfahrt ist zudem die sichere Zündung auch in größeren Höhen, bzw. dünnerer Luft eine spezielle Herausforderung. Die Patentschrift GB 000000805400A verweist darauf, dass die Flammenfront zu stabilisieren ist. Teilweise wird an elektrischen Zündsystemen auf heterogene Katalysatoren zurück gegriffen um die erforderliche Zündenergie zu senken (z.B. Patentschrift US020080264372 A1 ).
In der Patentschrift DE 39 03 602 A1 wird darauf verwiesen, dass durch eingetragene elektromagnetische Wellen Verbrennungsvorgänge günstig zu beeinflussen sind und eine Verringerung von Turbulenzen möglich ist. Elektromagnetische Spulen am Düsenhals, bzw. Austrittsbereich sollen das Triebwerk gegen zu hohe Temperaturen schützen. Das Verbrennungsplasma ist durch teilweise Ionisierung entsprechend leitfähig, bzw. hierfür geeignet. Der Zündvorgang ist hiervon jedoch nicht erfasst.
In [7] wird ausgeführt, dass Absorber für Mikrowellen als Unterstützung oder Träger für Katalysatoren oder katalytische Mikrowellenreaktionen allgemein benutzt werden können. Hierzu werden beispielsweise Kohlenstoffmaterialien angeführt, die mit metallischen Komponenten beladen werden können. Als mögliche Anwendungen werden Umweltsanierungen, Reformierung, Pyrolyse und Bio-Synthese konkret benannt. In übrigen Teilen der Quelle wird auch zur Materialbearbeitung ausgeführt. Es wird jedoch nicht ausgeführt, dass die Absorber selbst Katalysatoren sein können. Oder diese Kombinationen in oxidischen Verbrennungsreaktionen eingesetzt werden. Insbesondere die in [7] angeführte Kombination von Kohlenstoff und Katalysatoren kann im ungünstigsten Fall zur vorzeitigen Verkokung / Fouling der Katalysatoren führen.
Für Feststoff-Treibstoffe für Triebwerkssysteme konnte bereits die Steigerung der Brenngeschwindigkeit durch Zugabe von Aluminium und Mikrowellen nachgewiesen werden 0. Auch konnte in 0 das Flammvolumen und die Flammtemperatur durch begleitende Mikrowellenstrahlung gesteigert werden. Diesbezüglich wurden ca. 150 bis 200 K Temperaturerhöhung angegeben. Die Absorption der Mikrowellen-Strahlung für Aluminiumoxid bei hohen Verbrennungstemperaturen wurde besonders hoch eingeschätzt.
Gemäß [11] ist die Zündbarkeit mittels Mikrowellenstrahlung bei Nanopartikeln aus Aluminium verhältnismäßig schlecht, dafür die Brenngeschwindigkeit verhältnismäßig hoch. Umgekehrt ist bei Nanopartikeln aus Titan insbesondere bei Sauerstoffumgebung die Zündbarkeit im Vergleich dazu gut Allerdings wird die Brenngeschwindigkeit von Titanpartikeln nicht so hoch eingeschätzt. Die Brenngeschwindigkeit wird demgegenüber bei Aluminium hoch angegeben, allerdings konnte die Zündbarkeit mit den verwendeten Paramatern nicht nachgewiesen werden.
Nachteile des Standes der Technik
Im Luft- und Raumfahrtbereich (z.B. bei einer Rakete) wird das Gesamtsystem für Vertikalstarts auf wenige Minuten Brenndauer ausgelegt. Derzeit sind nur wenige Prozent Nutzlastanteil an der Gesamtstartmasse in den niedrigen Erdorbit verbringbar. Daher können bereits kleine Steigerungen der Effektivität vielversprechende Auswirkungen auf den möglichen Nutzlastanteil haben.
Wesentlich für ein leistungsfähiges Triebwerk nach derzeitigem Stand der Technik ist die größtmögliche Brennkammertemperatur (für eine maximale Austrittsgeschwindigkeit am Düsenaustritt) und größtmögliche Brennkammerdrücke. Eine Maximierung der Austrittsgeschwindigkeit über die Temperatur ist jedoch technisch und chemisch begrenzt.
Für den Luft- und Raumfahrtbereich ist für eine möglichst vollständige Raumzündung eine hohe Aktivierungsenergie erforderlich. Dies kann bei Mikrowellen zu hohen elektrischen Leistungen führen, die praktisch schwer zu realisieren sind. Kontinuierliche Verbrennungsprozesse bei großen Geometrien, wie z.B. Strahl- / Raketentriebwerken, setzen gegenüber diskontinuierlich arbeitenden Hubkolbenmotoren erheblich größere Massenströme um. Diese Massenströme können um mehrere Zehnerpotenzen höher sein. Eine Verringerung der notwendigen Aktivierungsenergie durch homogene Katalysatoren bleibt hierfür ungenutzt. Insbesondere die kurzen Verweilzeiten des Luftmassenstromes und des Treibstoffes in Brennkammern luftatmender Triebwerkssysteme machen weitere Maßnahmen erforderlich. Diese Maßnahmen sind für die erfolgreiche Zündung und auch wirksame Anregung per elektromagnetischer Wellen notwendig (z.B. per Mikrowellen). Bei Scramjets z.B. liegen die nutzbaren Verweilzeiten für die Zündung und anschließende Verbrennung bei lediglich wenigen Millisekunden und größerer räumlicher Streuung. Gleichzeitig ist die erforderliche Leistung der elektromagnetischen Wellen (z.B. Mikrowellen) zu begrenzen um z.B. die beizustellende Energieversorgung zu minimieren. Eine alternative Verlängerung der Zünd- und Verbrennungszeit würde jedoch eine Vergrößerung bzw. eine Verlängerung des Brennraumes erfordern. Hieraus würden weitere energetische Verluste resultieren. Energetische Verluste können dabei z.B. entstehen durch zunehmende Reibungs- / Wärmeverluste, Verluste durch Entspannung und Verbrennung bei verringertem Druck im Brennraum. Auch das Gewicht würde sich nachteilig erhöhen.
Zudem wirkt die Verbrennung nach Stand der Technik allseitig, d.h. im Brennraum wird allseitiger Druck aufgebaut. Letztlich geht nur der anteilige Strömungsdruck in Schubrichtung des Triebwerkes direkt in nutzbaren Schub über. Die übrige freigesetzte Reaktionsenergie (z.B. Temperatur, allseitiger Druck) wird durch verlustbehaftete Energieumwandlung möglichst in nutzbaren Schub gewandelt. Hierdurch wird der Energieanteil in Schubrichtung verringert.
Da für die Zündung Katalysatoren eine Bedeutung haben (Senkung der Aktivierungsenergie) ist der Stand der Technik bei Katalysatoren in Bezug auf die Zündung mit zu berücksichtigen. Auch die Verbrennungsgeschwindigkeit laufender Reaktionen kann diesbezüglich beeinflusst werden. Allgemein werden jedoch Zündsysteme und Katalysatoren als gesonderte Teile der Verbrennung betrachtet. Bei Strahltriebwerken sind je nach Triebwerkskonzept jedoch kontinuierlich hohe Zündenergien erforderlich. Zur Bereitstellung dieser Zündenergien sind hohe elektrische Leistungen erforderlich, insbesondere aufgrund nur teilweiser Absorption der Mikrowellenleistung durch den Treibstoff (z.B. RP1 / Kerosin) und teilweise geringen Verweilzeiten der Treibstoffe in der Brennkammer. Allerdings sind wiederum geringe Verweilzeiten der Treibstoffe in der Brennkammer für hohe Triebwerksleistungen erforderlich. Daher werden für eine leistungsfähige und laufende Zündung häufig chemische Systeme oder Flammenhalter eingesetzt. Neben dem Eigenverbrauch können dabei auch energetische Strömungsverluste durch Einbauten resultieren. Zudem ist durch kontaktbehaftete Zündung nicht jeder Zündort wählbar. So kann z.B. bei luftatmenden Triebwerke eine Zündung in Strömungsmitte energetisch vorteilhafter sein.
Im Luft- und Raumfahrtbereich sind bisher elektromagnetische Absorbermaterialien nur als energetische Materialien (Metalle) direkt mit elektromagnetischen Wellen in der Erforschung und Erprobung. Diese energetischen Metalle mit eigenem Brennwert erfordern jedoch überwiegend verhältnismäßig hohe elektrische Zündleistungen und Wirkzeiten. Zudem werden durch vorlaufendes Anschmelzen / Versintern und Verbrennen die wertvollen katalytischen Oberflächen geschädigt und zerstört.
Im besonderen Bereich der Gasgeneratoren für Turbopumpen, bzw. für Turbinen kann das Zündkonzept begleitende Verbrennungskonzept zudem vorteilhaft sein. So kann die Verbrennungstemperatur gesenkt werden, Verbrennungen vergleichmäßigt werden, z.B. um Werkstoffe zu schonen. Hierdurch soll die Leistung und die Lebensdauer der Brennräume und Systeme gesteigert werden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist ein Beitrag zu einer verbesserten Verbrennungskinetik mit maximaler:

0. Vorbereitung der Zündung
1. Raumzündung
2. Flammgeschwindigkeit
3. Energieanteil in Schubrichtung

Auch die Beeinflussung der effektiven Verbrennungstemperatur soll angestrebt werden.
Lösung der Aufgabe
Gelöst werden soll die Aufgabe somit durch größtmögliche Interaktion der elektromagnetischen Wellen unter Berücksichtigung verringerter Aktivierungsenergie. Hierzu wird auf weitere Möglichkeiten von elektromagnetischen Wellen (z.B. Mikrowellen, Radiowellen), bzw. magnetischen Feldern in direkter Kombination mit Katalysatoren zurückgegriffen. Ein weiterer Zusatz von anderen Katalysatoren, z.B. in einer kombinierten Verbundfaser kann aussichtsreich sein (2). Ggf. können unterschiedliche elektrochemische Spannungen, unterschiedliche magnetische oder elektrische Eigenschaften für eine verbesserte Absorption genutzt werden. Eine Energieversorgung ist möglich durch Elektrogeneratoren an der Turbopumpe, oder auch am Triebwerk angebrachte Thermoelemente.
Zu 0. Vorbereitung der Zündung:
Voraussetzung für eine schnelle und gleichmäßige Zündung stellt die Durchmischung der Treibstoffkomponenten dar (Oxidations-, Reduktionsmittel und ggf. Katalysatoren). Bei der Zusammenführung können Ejektoren, Mehrwegedüsen oder auch Mischkammern, bzw. Mischbereiche verwendet werden. In diesen Bereichen steigt die Entropie, d.h. Unordnung. Das Stoffgemisch kann auch bereits vor Eintritt vorangeregt werden (z.B. Mikrowellen, Magnetwellen). Die Einmischung kann in Vormixern erfolgen, deren Geometrie auf die Wellenlänge der Mikrowellen angepasst ist (z.B. 12 cm bei 2,45 GHz).
Zu 1. Raumzündung:
Es wird bei Strahl- und Raketentriebwerken analog zu Kraftfahrzeugen davon ausgegangen, dass eine möglichst schnelllaufende und umfassende Verbrennung im möglichst gesamten Brennraum den größtmöglichen Schub bei verwendetem Treibstoff erzielt. Mikrowellen können die Verbrennungstemperatur senken und die Flammgeschwindigkeit erhöhen (z.B. gemäß DE 198 02 745 C2 ).
Die Raumzündung wird durch die oben benannte Kombination erreicht und möglichst optimiert. Benannt sind elektromagnetische Wellen und die Senkung der Aktivierungsenergie über Katalysatoren. Vorteilhaft können auch die Vorwärmung der katalytischen Absorber, ggf. Vorwärmung verwendeter Lösungen, pyrotechnische Zündhilfen, Gefrierschutzmittel, Benetzungsmittel usw. sein.
Zu 2. Flammgeschwindigkeit:
Der Einsatz von katalytischen Bestandteilen (z.B. Partikeln oder katalytischen Lösungen) kann die erforderliche Leistung der Mikrowellen senken und bei Einsatz katalytischer Bestandteile die Aktivierungsenergie senken, bzw. die folgende Reaktionsgeschwindigkeit weiter erhöhen.
Metalle (z.B. Katalysatoren) reflektieren allgemein Mikrowellen und erwärmen sich kaum, jedoch im Speziellen sind unter anderem folgende Wirkmechanismen im Rahmen dieses Zündkonzeptes technisch sinnvoll zur Absorption der Mikrowellen nutzbar:

I. Gemäß [1] zu Mikrowellen gibt es in Metallen eine große Zahl an frei beweglichen Ladungen, jedoch können Mikrowellen allgemein nur maximal wenige Mikrometer eindringen [7] und der absorbierte Energieanteil (Wärme) wird durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls verteilt → d.h. jedoch z.B. in dünnen Metallfolien ist dieser Wärmeeintrag relevant
II. Reflexionen an Metallteilen und Schwingungen der beweglichen Ladungsträger (Elektronen) können zu Resonanzen und Feldspitzen mit hoher Energiedichte und letztlich Wärmeeinträgen führen, bzw. es können Funkenüberschläge gebildet werden
III. aufgewärmte Metallteile werden ionisiert / polarisiert, dies kann zur Plasmabildung führen (kann nachteilig wirken, z.B. auf Brennkammerwände)
IV. Metallteile die in polarisierten Verbindungen vorliegen, z.B. gelöst / ionisiert in Flüssigkeiten
V. homogene Katalysatoren, die
1. a. mit Treibstoffkomponenten wechselwirken, z.B. polare Bindungen werden erwärmt
2. b. aus mehreren Katalysatoren aufgebaut sind (polykatalytisch), z.B. Fasern mit polarisierten Kontaktstellen aufgrund unterschiedlicher elektrochemischer, thermischer, elektrischer oder magnetischer Eigenschaften
3. c. Legierungen / Dotierungen / Oberflächen an denen Ungleichmäßigkeiten in der Elektronenverteilung vorliegen und bei denen die Beweglichkeit der Atome vorliegt
VI. Kombination mit weiteren elektromagnetischen Wellen zur Ionisation / gestuften Erwärmung (z.B. Magnetwellen, Röntgenwellen). Mikrowellen erwärmen gezielt konzentriert und punktuell, d.h. mit höherem Wirkungsgrad

Untergeordnet sind auch die Treibstoffkomponenten hinsichtlich Absorptionsvermögen für elektromagnetische Wellen zu berücksichtigen (z.B. Wasserstoff, Sauerstoff, Methan, RP1 / Kerosin). In der Brennkammer werden die Treibstoffkomponenten aufgrund Druck / Temperatur und Zwischenschritten der Verbrennung zusätzlich ionisiert. Zusätzlich werden Treibstoffkomponenten durch Zugabe von Katalysatoren reaktiviert und ionisiert. Das Absorptionsvermögen von Treibstoffkomponenten wird hierdurch ebenso gesteigert.
Zu 3. Energieanteil in Schubrichtung:
Nach Abzug von Verlusten stehen typischerweise 40-70% der aufgewendeten Leistung (zugeführte chemische Energie) für den tatsächlichen Schub chemischer Triebwerke zur Verfügung [2].
Für einen maximalen Energieanteil in Schubrichtung ist eine möglichst gerichtete Verbrennung vorteilhaft. Querlaufende Reaktionen erzeugen zusätzliche Reibung, bzw. ineffektiven Druck auf die Brennkammerwände und letztlich die Dissipierung von Energie in Wärme, bzw. nachteilige Wirkungsgradverluste.
Für die effektive Einkoppelung und Zündung mittels elektromagnetischer Wellen (z.B. Mikrowellen) sind Ladungsverteilungen entscheidend. Ladungsverteilungen im Treibstoff können entstehen durch:

◯ polare Verbindungen (unterschiedliche Elektronegativität der Bindungspartner), z.B. Wasser (H₂O)
◯ schwache nicht kovalente Wechselwirkungen, bzw. Van-der-Waals Kräfte zwischen Dipolen z.B. bei Methan (CH₄)
◯ Spannungsinduktion / Induktionsgesetz (z.B. Bewegung ferromagnetischer Materialien im Magnetfeld)
◯ Ionisation (Lösung von Ionen)
◯ Katalyse (Bindung über Elektronen an Katalysator)
◯ Ionisierung (z.B. Röntgenstrahlung),
◯ Druck-/ Temperaturabhängige Ionisation des Zündgemisches (z.B. Patentschrift EP 3 064 767 A1 )

Bei schlechter Absorption der Mikrowellen kann gemäß Patentschrift EP 3 064 767 A1 „ein beachtlicher Teil der Leistung in den Speisewellenleiter zurück gekoppelt werden und wird zur Mikrowellenquelle reflektiert“.
Um eine möglichst effektive, bzw. gerichtete Verbrennung zu erzeugen, können gemäß dieser Patentschrift insbesondere folgende Hilfsmittel verwendet werden:

a) Veränderung der Wellenlänge
b) Magnete für Ionisation / Polarisierung der Verbindungen
c) Ionisierung / Strahlung (z.B. vorlaufende Mikrowellen, bzw. Röntgenstrahlung)
d) Neben Katalysatoren zusätzliche metallische Partikel (z.B. bei vorzeitigem Überschreiten der Schmelzpunkte der Katalysatoren) - ggf. im Verbund (2)

Zu 3. a) Energieanteil in Schubrichtung, Hilfsmittel Wellenlänge:
Elektromagnetische Wellen (z.B. Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenwellen) sind Transversalwellen. Die Schwingrichtungen stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen. Das heißt elektromagnetische Wellen können Interferenzen erzeugen. Wellen mit entgegen gesetzten Schwingungen können sich gegenseitig auslöschen. Wellen mit gleichen Schwingrichtungen können sich aufaddieren (bis zur Resonanz).
Grundsätzlich ist eine Einkoppelung radial oder axial zur Strömungsrichtung des Triebwerkes möglich. Axial bedeutet dabei aus Richtung der Einspritzung oder der Düse. Die Anregung soll so in Strömungsrichtung bzw. in Richtung der Düse ermöglicht werden. Hierbei sind vollständige Schwingungen einsetzbar. Radial bedeutet von der Seite der Brennkammerwand.
Allgemein kann eine allseitige oder mehrseitige elektromagnetische Anregung durch die Zunahme an Bewegungen der Teilchen zu einer höheren Temperatur und Reaktivität im Bereich der Zündung, bzw. Verbrennung führen. Diese Zündform soll eine schneller ablaufende Reaktion ermöglichen. Die elektromagnetische Energie wird in Bezug zur Strömungsrichtung des Triebwerkssystemes konzentriert. Bei mitwirkenden Katalysatoren (siehe 3. d)) kann die erforderliche Aktivierungsenergie gesenkt und die Reaktionsgeschwindigkeit weiter erhöht werden. Auch ist möglich im Brennraum mit einer konventionellen initialen Zündung eine Starttemperatur für die folgende kältere Verbrennung zu initiieren. Für die konventionelle Zündung können z.B. elektrische oder chemische Zündsysteme verwendet werden. Ziel ist eine möglichst kontinuierliche Reaktion. Durch die sich aufbauende Flammfront werden die übrigen Reaktionspartner mit möglichst hoher und gerichteter Geschwindigkeit / Anregung erfasst.
Um eine Anregung zu erzielen ist eine Wellenlänge entsprechend der Brennkammer vorteilhaft (z.B. niederfrequente Mikrowelle, oder Radiowelle). Die Reaktionspartner, bzw. Teilchen werden rhythmisch angeregt, bzw. bevorzugt in bestimmte Richtungen gezwängt, oder auch gestaucht. Über die Frequenz der elektromagnetischen Wellen kann die Eindringtiefe, bzw. die Amplitude gesteuert werden. Hierdurch können die Reaktionspartner ggf. auf ganzer Länge angeregt werden. Ziel sind möglichst gleichgerichtete Materiewellen in Schubrichtung mit verringertem Reaktionsanteil senkrecht dazu auf die Brennkammerwand, bzw. gegen den Materiestrom. Hierdurch würde sich die Brennkammertemperatur verringern und die Geschwindigkeit der Flammfront erhöhen.
Auch kann ggf. über Phasenverschiebungen vergleichmäßigt der gesamte Querschnitt angeregt werden (bei radialer Anregung). Elektronische Filter sind einsetzbar (z.B. YIG-Filter, Gauß-Filter, Bessel-Filter).
Um eine besonders definierte Einkoppelung von elektromagnetischer Zündleistung zu erzielen ist auch der Einsatz eines Masers theoretisch möglich. „Maser“ sind „Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, bzw. Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Emission oder spezielle Laser für den Mikrowellenbereich. Diese können auch durch entsprechende Keramiken thermisch von der Brennkammer abgeschirmt werden.
Zu 3. b) Energieanteil in Schubrichtung, Hilfsmittel Magnete:
Es entsteht im Treibstoff eine Ionisation bei hohen Druck- und Temperaturverhältnissen.
Folgende Effekte werden angestrebt (durch die Induktion / gesteigerte Ionisation, bzw. Ladungsverteilung):

•Verbesserung der Zündung aufgrund höherer Reaktivität - Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit
• verbesserte Einkoppelung elektromagnetischer Wellen
• Verringerung der erforderlichen elektromagnetischen Leistung
• verbesserte Ausrichtung im Zündprozess.
• Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit an der Düse um den Schub zu erhöhen.

Aufgrund der Ionisierung des Treibstoffes z.B. aufgrund Druck und Temperatur und katalytischer Komponenten in der Brennkammer kann die Lorenzkraft genutzt werden. Der Treibstoff wird zusätzlich in eine Richtung beschleunigt um die Verbrennung auszurichten. Die Ionisierung erreicht im Triebwerk ihr Maximum. Bei entsprechender Magnetisierung kann durch Induktionsgesetz in Verbindung mit Magneten am Triebwerk (z.B. Dauermagneten) und der Bewegung der Katalysatoren in diesen eine Spannung induziert werden. Die Spannung kann für eine bessere Einkoppelung der übrigen elektromagnetischen Wellen oder für die weitere Ionisierung im Treibstoff genutzt werden. Aufgrund der Brennkammertemperatur und der Drücke und dem zunehmenden Verlust der weißschen Bezirke ist von einem Verlust dieses Effektes mit zunehmender Verbrennung der Komponenten im Triebwerk auszugehen.
Bei Verwendung von Dauermagneten z.B. aus Aluminium-Nickel-Cobalt, oder z.B. Sm₂Co₁₇ (Seltenerdmetalle) aus Samarium und Cobalt sind Einsatztemperaturen der festen Magnetwerkstoffe von ca. 500 °C, bzw. 773 K möglich [3]. Diese Magnete können z.B. vorlaufend an den Leitungen bzw. stromabwärts ggf. gekühlt an Düsen, oder außen am Brennraum an elektromagnetisch durchlässigen Stoffen verwendet werden (z.B. an Keramiken). Auch ist außen am Triebwerk, bzw. der Düse ein umlaufender Magnet einsetzbar (z.B. mittels Keramik thermisch abgeschirmt). Die homogenen Katalysatoren können so im Triebwerk eingesetzt werden, dass nach anfänglicher magnetischer Reaktion, bzw. Aufwärmung im Triebwerk die ferromagnetischen Eigenschaften thermisch verloren gehen. Das heißt die Ordnung der weißschen Bezirke wird im Triebwerk aufgelöst. Der Triebwerksstrom kann somit unbeeinträchtigt stromabwärts an der Düse weitergeführt werden. Bei entsprechender Kühlung ist auch eine Verwendung an Spritz-/ Mixplatten bzw. Vormixer im Brennraum umsetzbar. Als ferromagnetische Stoffe im Treibstoff können Eisen, Nickel oder Kobalt, bzw. Kombinationen aus diesen verwendet werden. Auch paramagnetische Stoffe mit hoher katalytischer Aktivität sind einsetzbar (z.B. Palladium, Rhenium, Platin, Vanadium, Rhodium, usw.).
Zu 3. c) Energieanteil in Schubrichtung, Hilfsmittel weitere elektromagnetische Strahlung:
Durch vorlaufende, bzw. begleitende elektromagnetische Strahlung (mehrstufige Mikrowelle, Radiowellen, bzw. Röntgenstrahlung) kann die Wechselwirkung mit Mikrowellen in der Zündphase erhöht werden.
Auch sind Radiowellen energetisch besonders effizient bei der Erwärmung [4]. Voraussetzung ist die Möglichkeit der Absorbierung in einem Treibstoffbestandteil.
Zu 3. d) Energieanteil in Schubrichtung, Hilfsmittel / metallische Partikel:
Metallische Partikel können zusätzlich genutzt werden um die Verbrennung zu stützen, oder mit anzuregen / zu stimulieren. Die metallischen Partikel dienen dabei nicht vordergründig dem Einkoppeln / Absorbieren der elektromagnetischen Strahlung (z.B. Mikrowellen). Diese können jedoch magnetisch oder energetisch genutzt werden. Dies wird z.B. durch entsprechende Größe der metallischen Partikel erreichbar (≥ mehrere Mikrometer Durchmesser). Denn wie ausgeführt wird elektromagnetische Strahlung (Mikrowellen) ab bestimmter Schichtstärke bei Metallen geschirmt.
Es kann z.B. eine große magnetische Faserstruktur aus magnetischer Faser (z.B. Eisen, Nickel, Cobalt) mit hochaktiver katalytischer Faser versintert, verschmolzen werden (2 und 3). Die große magnetische Faser dient somit nicht dem Absorbieren der Mikrowellen. Der magnetisch homogene Katalysator kann dafür aber mit einem außen an der Brennkammer angebrachten Dauermagneten kombiniert werden (z.B. an Treibstoffleitungen, Vormixer, oder am Düsenhals) um den gewünschten Richtungsvektor im Brennraum zu stützen und die Verbrennungskinetik zu optimieren.
Somit kann zusätzlich der Verbrennungsvorgang stromabwärts gestützt werden. Verbrennungsbedingungen können angepasst werden, bzw. der Ausbrand erhöht werden (z.B. bei luftatmenden Triebwerkssystemen).
Die Patentschrift US 7635461 B2 schlägt bereits einen mehrlagig aufgebauten homogenen Katalysator vor, bzw. Partikel aus Metallen. Dieser besitzt einen Kern aus einem brennbaren Metall.
Vorteile der Erfindung
Wesentlich für eine effektive Ausnutzung der chemischen Energie in einem Triebwerk ist die Verbrennungskinetik. Durch die Energieumwandlung von chemischer in überwiegend thermischer Energie führen die Schwingungen der Reaktionsprodukte zu einer Druck- und Volumenzunahme. Durch Triebwerks- und Düsengeometrie wird ein möglichst hoher Anteil der thermischen Energie weiter in kinetische Energie und nutzbaren Schub umgewandelt.
Verluste bei diesen Energieumwandlungen resultieren gemäß [2] aus:

1. Radiale Geschwindigkeitskomponente am Düsenaustritt, bzw. Divergenzverluste
2. Räumlich und zeitlich nicht gleichförmige Geschwindigkeit, sogenannte Profilverluste
3. Reibungsverluste
4. Wärmeverluste nach außen und Treibstoff-Leckverluste
5. Unvollständige Expansion p_e>0
6. Unvollständige Verbrennung und Reaktionen (d.h. Nicht-Gleichgewicht) in der Expansionsströmung

Wesentlich für ein leistungsfähiges Triebwerk nach derzeitigem Stand der Technik ist die größtmögliche Brennkammertemperatur (für eine maximale Austrittsgeschwindigkeit am Düsenaustritt) und größtmögliche Brennkammerdrücke. Eine Maximierung der Austrittsgeschwindigkeit über die Temperatur ist jedoch begrenzt (z.B. aufgrund begrenzter Warmfestigkeit der Triebwerkswerkstoffe und konstruktivem Aufwand für Kühlung usw.).
Mit diesem Zündkonzept werden folgende Effekte angestrebt:

• Steigerung des Nutzlastanteiles bei Vertikalstarts von Raketen
• bessere Ausnutzung der chemisch-gebundenen Energie in Treibstoffen durch direktere Umwandlung in kinetische Energie
• ggf. Erhöhung der Flammgeschwindigkeit in der Brennkammer
• Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit am Düsenaustritt
• ggf. Verringerung der effektiven Brennraumtemperatur, dadurch weniger Kühlung und höhere Festigkeiten der Triebwerksteile (weniger Hitzestress für Werkstoffe) - günstigere Werkstoffe einsetzbar
• gleichmäßigere Verbrennung, weniger Druckstöße
• durch Verwendung homogener Katalysatoren als Absorber werden entstehende Ablagerungen / Fouling / Russ an der Brennkammer entfernt, dies ist vorteilhaft um die Einkoppelung der Mikrowellen zu verbessern - hierdurch werden die Mikrowellen stabiler eingekoppelt
• höhere Massenströme erzielbar, Verringerung des spezifischen Gewichts der Triebwerksmasse
• mögliche kontaktlose und gezielte Zündung in bestimmten Bereichen der Triebwerkssysteme (z.B. bei luftatmenden Triebwerkssystemen)
• ggf. Anpassung der Verbrennung über das Profil (z.B. in Randbereichen)
• Regulierung der Verbrennungskinetik z.B. außerhalb des Regelbetriebes (z.B. Startphase und Brennschlussphase, oder zur Stützung bei verringerter Triebwerksleistung)
• Verlängerung der Lebensdauer der Triebswerkskomponenten

Figurenliste

1a: Ausgangssituation
1b: Grundkonzept
1c: Mehrstufige Anregung und Zündung
1d: Magnetfeld zur Beschleunigung
2:homogene Katalysatoren Faserstruktur mit ferromagnetischen Eigenschaften
3:homogene Katalysatoren Partikelstruktur mit ferromagnetischen Eigenschaften
4: Pulsung, bzw. Wellenlänge
5: Raketentriebwerk Stimulierung von der Seite
6: Raketentriebwerk keramische Kopfplatte, Stimulierung von oben
7: Raketentriebwerk Anregung von der Seite und geschirmten Dauermagneten am Düsenhals
8:Aerospike keramischer Koppler
9:Scramjettriebwerk keramischer Koppler
10: Ramjettriebwerk keramischer Koppler von der Seite
11: Ramjettriebwerk keramischer Koppler im Zwischenkörper

Die genannten Ausführungen sind Beispiele. Weiterführende Varianten sind in der Patentschrift, bzw. den Ansprüchen / Claims erfasst (z.B. zu Generatoren für Turbopumpen / Turbopumpen).
Allgemein gilt für chemische Triebwerke: Die Umwandlung der chemisch gebundenen Energie aus dem Reduktionsmittel (4) und Oxidator (5) liefert thermische Energie. Im Weiteren wird durch verlustbehaftete Umwandlung kinetische Energie erzielt. Denn erst durch die verlustbehaftete thermodynamische Zustandsänderung am Düsenhals und der Düse wird ein weiterer Teil dieser thermischen Energie in Schubrichtung (7) in kinetische Energie umgewandelt. Grundsätzlich gilt, dass bei hoher Verbrennungstemperatur die Reaktion beschleunigt erfolgt. Die Verbrennungstemperatur kann nicht beliebig gesteigert werden (z.B. aufgrund der begrenzten Warmfestigkeit von Werkstoffen am Triebwerk und des steigenden Kühlungsaufwandes).
FIG. 1a: Ausgangssituation
Bei der Reaktion reagieren Reduktionsmittel (4) und Oxidationsmittel (5) im folgenden Reaktionspartner (11) durch Annäherung / Kontakt. Durch die chemische Reaktion wird Energie freigesetzt. Die thermische Energie ist als Bewegung der Teilchen, bzw. der Reaktionsprodukte (6) zu verstehen. Es erfolgen Reaktionen in verschiedene Richtungen (12), da die Reaktionspartner (11) im Brennraum, bzw. der Brennkammer frei beweglich reagieren.
FIG. 1b: Grundkonzept
In dieser FIG. ist das Grundkonzept zusammen mit einem Triebwerk schematisiert.
Durch elektromagnetische Wellen (10) (z.B. Mikrowellen, Radiowellen) können die vorlaufenden Bewegungen der katalytischen Absorber (8) gezielt angeregt, bzw. beschleunigt werden. Die katalytischen Absorber (8) und die elektromagnetische Anregung (10) steigern die Reaktion im Triebwerkssystem. Die Reaktionsrichtungen (12) in Schubrichtung (7) werden durch diese Anregung effektiviert, bzw. vergrößert. Zur verbesserten Einkoppelung werden katalytische Absorber (8) verwendet. Gleichzeitig sinkt die erforderliche Aktivierungsenergie der Reaktionspartner (11). Reduktionsmittel (4) und Oxidationsmittel (5) reagieren mit gesteigerter Reaktionsgeschwindigkeit. Es entstehen Reaktionsprodukte (6) mit höherer Rate.
Ziel ist eine übergeordnet vergleichmäßigte bzw. möglichst gleichmäßig beschleunigte Zündung (13) in Schubrichtung (7). Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird erhöht. Die mittlere Temperatur im Brennraum (3) kann gesenkt werden.
FIG. 1c: Mehrstufige Anregung und Zündung
Bei einer mehrstufigen elektromagnetischen Anregung und Zündung (13, 16) kann das Gemisch aus Reduktionsmittel (4), Oxidationsmittel (5) und Katalysatoren (8) im Brennraum (3) gleichmäßiger erwärmt werden.
Vor der eigentlichen Brennkammer (3), kann ein Mischbereich (2) platziert werden. In der Ausführungsvariante sind Mischbereiche (2) zu Resonatorräumen (15) angeordnet. Diese sind angepasst an die Wellenlängen der elektromagnetischen Voranregung (16) gestaltet.
Über ein Leitungssystem (1) werden Reduktionsmittel (4), Oxidationsmittel (5) und Katalysatoren (8) in den Mischbereich (2) eingebracht. Die Katalysatoren (8) können aus Fasern oder Partikeln, oder einer Kombination daraus bestehen. Irr der Ausführungsvariante werden feine Bohrungen eingesetzt um die homogenen Katalysatoren (8) einzubringen. Alternativ können auch Mehrkanal-Düsen, Ejektoren, Hohlkegeldüsen oder andere Düsen / Bohrungen zur Einmischung eingesetzt werden.
Bei der Vermischung steigt die Entropie und es werden zunehmend Bewegungen ausgeführt. Durch die elektromagnetische Anregung mittels Mikrowelle (16) in Bezug auf die Schubrichtung werden die Komponenten am Ende des Mischbereiches (2) wieder ausgerichtet zur Schubrichtung (7) angeregt und anteilig erwärmt.
In der Brennkammer (3) werden die Komponenten durch eine weitere elektromagnetische Anregung (13) gezündet.
FIG. 1d: Magnetfeld zur Beschleunigung
Gegenüber der Ausführungsvariante 1b sind in dieser Ausführungsvariante zusätzlich Magnete (17) angeordnet. Durch Magnete (17) (hier Elektromagnete) werden die Treibstoffkomponenten bestehend aus Reduktionsmittel (4), Oxidationsmittel (5) und Katalysatoren (8) zusätzlich angeregt. Dass heißt die Treibstoffkomponenten werden beschleunigt und ionisiert / bzw. Spannungen induziert. Es entstehen Kationen (18) und Anionen (19). Dies ist für die Elektromagnetischen Wellen (10) z.B. Mikrowellen vorteilhaft, da eine Einkoppelung der Strahlungsleistung erleichtert wird. Zudem steigt die Reaktivität in der Brennkammer (3) und die kinetische Leistung in Schubrichtung (7) wird erhöht.
Eine Einkoppelung erfolgt überwiegend durch die katalytischen Absorber (8).
FIG. 2 homogene Katalysatoren Faserstruktur mit ferromagnetischen Eigenschaften
In dieser Ausführungsvariante sind homogene Katalysatoren als Absorber in einer faserartigen Struktur (20) dargestellt.
Einzelne Fasern werden zu einer faserartigen Struktur (20) gebündelt. Um gezielt ferromagnetische Eigenschaften einzubauen, wird eine ferromagnetische Faser (21) z.B. aus Verbindungen von Eisen, Nickel, Kobalt mit einer katalytischen Faser (22) als Absorber zusammengefügt. Die katalytische Faser (22) kann aus Gold oder einer goldhaltigen Legierung (z.B. mit Silber oder Platin) aufgebaut werden. Aufgrund der relativ hohen Kosten und maximal zulässiger Eindringtiefe der katalytischen Wellen (Mikrowellen) besitzt die katalytische Faser (22) nur eine Stärke von maximal 1 µm. Die ferromagnetische Faser (21) ist aufgrund der höheren Größe nicht zur Einkoppelung elektromagnetischer Leistung ausgelegt. Es können auch weitere katalytische Fasern (23) gezielt mit anderen elektrochemischen, thermischen oder z.B. elektrischen Eigenschaften ergänzend zum katalytischen Absorber (22) verwendet werden.
Aus dieser Struktur resultieren Vorteile. Die magnetischen und katalytischen Strukturen können in Verbindung mit außenliegenden Elektrogeneratoren am Brennraum eine Spannung zur Versorgung mittels Elektroenergie induzieren. Die Spannung wird durch Bewegung der magnetischen Strukturen im Brennraum induziert (Induktionsgesetz). Oder umgekehrt können die magnetischen und katalytischen Strukturen gezielt beschleunigt, bzw. ionisiert werden um die Reaktion im Brennraum zu beschleunigen und den Schub des Triebwerkes zu erhöhen. Neben der katalytischen Wirkung, bzw. gesteigerten katalytischen Wirkung.
FIG. 3 homogene Katalysatoren Partikelstruktur mit ferromagnetischen Eigenschaften
In dieser Ausführungsvariante ist ein homogener Katalysator mit nicht-energetischem aber ferromagnetischen Kern (31) dargestellt.
Das Partikel (30) wird im Kern (31) aus einem ferromagnetischen Körper gebildet (z.B. Verbindungen aus Eisen, Nickel, Kobalt). Um den Kern (31) wird in einer Schicht ein katalytisch aktives Material (32) aufgetragen (z.B. Platin, Rhenium, Palladium, Gold, Rhodium). Es können auch weitere Schichten aus alternativem katalytischem Material (33) ergänzt werden. Der größere Kern (31) dient nicht als Absorber für Mikrowellen, da er durch die katalytische Schicht (32) geschirmt ist. Hieraus resultiert auch eine thermische Trägheit, die die magnetischen Eigenschaften zeitweise schützt.
Aus dieser Struktur resultieren Vorteile. Die magnetischen und katalytischen Strukturen können in Verbindung mit außenliegenden Elektrogeneratoren am Brennraum eine Spannung zur Versorgung mittels Elektroenergie induzieren. Die Spannung wird durch Bewegung der magnetischen Strukturen im Brennraum induziert (Induktionsgesetz). Oder umgekehrt können die magnetischen und katalytischen Strukturen gezielt beschleunigt, bzw. ionisiert werden. So sind die Reaktionen im Brennraum zu beschleunigen, bzw. auszurichten und der Schub des Triebwerkes zu erhöhen.
FIG. 4: Pulsung, bzw. Wellenlänge
In dieser Ausführungsvariante ist ein Raketentriebwerkssystem dargestellt.
Grundsätzlich erfolgt eine Erregung durch elektromagnetische Strahlung (z.B. Mikrowellen, Radiowellen) über die gesamte Schwingung (40), da diese als elektromagnetische Wellen aufgefasst wird. D.h. es erfolgt eine Auslenkung in beide Schwingungsrichtungen. Die magnetische Schwingung ist in dieser Ausführungsvariante nicht entscheidend.
In Schubrichtung wird durch elektromagnetische Schwingung (41) beschleunigt. Die Gegenbewegung (42) nützt dem Kontakt / Verdichtung mit Reaktionspartnern um ein Entweichen der freigesetzten chemischen Energie über die Wände der Brennkammer (3) zu vermindern. Die Breite der Brennkammer (3) ist so gewählt, dass eine Wellenlänge entsteht. Durch gegenüberliegende Einkoppelung kann auch ein größerer Querschnitt gewählt werden. Auch kann ein beliebiges Vielfaches der Wellenlänge genutzt werden.
Alternativ kann bei kleineren Triebwerken mit einem Brennkammerquerschnitt mit einer halben Wellenlänge angeregt werden. Um eine Rückspeisung in den Speiseleiter / Hohlleiter (43) zu verhindern kann die Einspeisung um wenige Grad gedreht werden, sodass die elektromagnetischen Wellen sich im Brennraum fortpflanzen.
Theoretisch sind auch Radiowellen mit höherer Wellenlänge und effizienter Wärmeübertragung einsetzbar.
Um die Verbrennung zu starten, bzw. die Brennraumtemperatur zusätzlich in der Startphase zu steuern kann im Brennraum ein elektrischer Zünder (46) platziert werden (unterstützendes redundantes System).
Um die Brennkammer (3) ist nahe der Kopfplatte (47) ein Speiseleiter, Sender, bzw. Hohlleiter (43) für die Einkoppelung der elektromagnetischen Schwingungen (41 und 42) angeordnet. Die elektromagnetischen Schwingungen (41 und 42) werden über einen keramischen Koppler (44) in die Brennkammer (3) eingespeist. Der keramische Koppler (44) ist elektromagnetisch durchlässig. Die Einspeisung der elektromagnetischen Schwingungen (41) erfolgt in Umfangsrichtung, d.h. rotationssymmetrisch.
Durch Anregung wird insbesondere der Katalysator (8), aber auch untergeordnet das Reduktionsmittel (4) und der Oxidator (5) in die gewünschte Richtung energetisch angeregt (thermisch). Alternativ kann auch mit einer angepassten Wellenlänge in der Brennkammer (3) angeregt werden. Ggf. können Radiowellen mit höherer Frequenz verwendet werden.
FIG. 5: Raketentriebwerk Stimulierung von der Seite
Gegenüber der 4 werden in dieser Ausführungsvariante zusätzlich Katalysatoren (8) in den Brennraum (3) eingespritzt. Aufgrund der hohen Energieaufnahme bzw. Absorption bei elektromagnetischer Anregung (57) werden dünnschichtige Metalle (maximal wenige Mikrometer Schichtstärke) der Katalysatoren (8) stark aufgeheizt und beschleunigt.
Die metallischen Katalysatoren (8) werden durch die Anregung (57) und thermische Aufheizung zusätzlich thermochemisch aktiviert. Das heißt die katalytische Aktivität steigt.
FIG. 6: Raketentriebwerk keramischer Kopfplatte, Stimulierung von oben
Gegenüber 5 werden in dieser Ausführungsvariante die elektromagnetischen Schwingungen (61) aus Richtung der Einspritzung von Reduktionsmittel (4), Oxidator (5) und Katalysator (8) in Schubrichtung (7) eingebracht.
Die Strahlenquelle (60) ist über der Kopfplatte (67) der Brennkammer (3) angeordnet. Die elektromagnetischen Wellen (61) werden in einem Hohlleiter (63), bzw. vor einer elektromagnetisch durchlässigen Schicht (64) geführt. Durch die elektromagnetisch durchlässige Schicht (64), z.B. aus einer Keramik, werden elektromagnetische Wellen (61) in die Brennkammer (3) eingekoppelt.
Die Schwingungsrichtung ist senkrecht zur Schubrichtung (7). Die Schwingung wird komplett durchgeführt. Hierdurch werden die Teilchen alternierend- quer in Richtung zur Bewegung angeregt.
Durch Wahl einer entsprechenden Frequenz mit verminderter Eindringtiefe, oder größeren Absorbern (8) werden die Teilchen zur Strahlungsquelle hin einseitig erfasst, d.h. einseitig angeregt (65). Da die Schwingungen quer zur Schubrichtung (7) ausgeführt werden, heben sich die Wirkungen überwiegend auf, und es kommt zu einer Aufheizung. Die Erwärmung erfolgt zur Strahlenquelle hin. Es entsteht ein Druckgefälle in Schubrichtung (7).
Um die Verbrennung zu starten, bzw. die Brennraumtemperatur zusätzlich in der Startphase zu steuern kann im Brennraum (3) ein elektrischer oder chemischer Zünder (46) platziert werden (unterstützendes redundantes System).
FIG. 7: Raketentriebwerk Anregung von der Seite und geschirmten Dauermagneten am Düsenhals
Gegenüber 6 werden in dieser Ausführungsvariante Dauermagnete (70) am Düsenhals angeordnet (z.B. aus Aluminium-Nickel-Cobalt oder Samarium-Cobalt). Die Dauermagnete (70) üben eine Anziehung auf die katalytischen Absorber (8) aus, welche als Verbundstruktur ausgeführt sind (2). Die Verbundstruktur wird durch ferromagnetische Bestandteile ergänzt. Die katalytischen Absorber (8) besitzen zusätzlich eine ferromagnetische Faser (Verbindungen z.B. aus Eisen, Nickel, Kobalt) neben der Faser aus hochaktiven Katalysatoren (z.B. Platin, Palladium, Rhodium, Rhenium, Gold, Molybdän). Die katalytischen Absorber (8) mit ferromagnetischen Bestandteilen werden von den Dauermagneten (70) angezogen. Die Strömungsrichtung der katalytischen Absorber (8) wird in Schubrichtung (7) geführt, gesteuert und beschleunigt. In der Brennkammer (3) verlieren die katalytischen Absorber (8) durch die Temperatur und Reaktion bereits vor Erreichen der Düse (9) die ferromagnetischen Eigenschaften. Hierdurch können die Reaktionsprodukte mit dem übrigen Triebwerksstrom unbeeinflusst durch die Düse (9) entweichen. Die Dauermagnete können nach außen antimagnetisch geschirmt (71) werden um z.B. die übrigen Systeme und Elektrik zu schützen.
Alternativ ist eine Anziehung mittels Elektromagneten möglich. Hierzu kann die Energie von außenliegenden Spulen an der Brennkammer oder der Turbopumpe genutzt werden. Die Magnete können auch im Bereich angeordnet werden, z.B. an vorgeordneten Ejektoren, Mischkammern, Brennkammerkopf usw..
Um die Verbrennung zu starten, bzw. die Brennraumtemperatur zusätzlich in der Startphase zu steuern kann im Brennraum ein elektrischer oder chemischer Zünder (46) platziert werden (unterstützendes redundantes System).
FIG 8: Aerospikes keramischer Koppler
In dieser Ausführungsvariante sind Aerospikes dargestellt.
Die Ausführungsvariante ist entsprechend 5 mit elektromagnetischen Kopplern (82) an der Seite der Brennkammer (83) gestaltet. Es sind entsprechend umlaufend Hohlleiter, bzw. Sender (81) angeordnet, die über elektromagnetisch durchlässige Koppler (82) in die Brennkammern (83) einspeisen. Die durchlässigen Koppler (82) sind z.B. aus Keramik ausgeführt.
Die Brennkammern (83) liegen gegenüber am Düsenhals (84) der Aerospikes. Die elektromagnetische Anregung erfolgt in Schubrichtung (7).
Durch die elektromagnetisch angeregte Reaktion von Reduktionsmittel (4), Oxidator (5) und Katalysatoren (8) wird bei hoher Austrittsgeschwindigkeit eine niedrige Verbrennungstemperatur angestrebt. Ziel ist die bessere Kühlung der Aerospikes, insbesondere des jeweiligen Düsenhalses (84). Es wird ein Düsenhals (84) mit verringerter Einschnürung angestrebt. Dies kann zum Beispiel durch größere Reaktionsgeschwindigkeit bei höherem Massenstrom erreicht werden. Die Einschnürung einer konventionellen Ausführung (85) ist zum Vergleich angezeigt.
Um die Verbrennung zu starten, bzw. die Brennraumtemperatur zusätzlich in der Startphase zu steuern kann im Brennraum ein elektrischer oder chemischer Zünder platziert werden (redundantes System). Dieser ist in dieser Ausführungsvariante nicht dargestellt.
FIG. 9: Scramjettriebwerk keramischer Koppler
In dieser Ausführungsvariante ist ein luftatmendes Triebwerk mit Überschallverbrennung dargestellt (Scramjet).
Der anströmende Luftmassenstrom (95) dient als Oxidator. Durch Injektoren, bzw. Düsen (94) werden Brennstoff, bzw. Reduktionsmittel (4) und Katalysatoren (8) in den Luftmassenstrom (95) eingespritzt. Im Scramjettriebwerk (90) verbleiben aufgrund der Überschallgeschwindigkeit nur Millisekunden für die Zündung (96) und Verbrennung in der Brennkammer (93). Daher ist die Kombination von elektromagnetischen Wellen (40) wie z.B. Mikrowellen mit katalytischen Absorbern (8) vorgesehen um hochaktive Zündkeime effektiv in die Brennkammer (93) einzuspeisen. Die Brennkammerlänge ist zu begrenzen um Reibungsverluste zu minimieren. Weitere Mittel wie Vorheizung der katalytischen Absorber (8), z.B. in einer Lösung, pyrotechnische Zündhilfen usw. sind zusätzlich möglich. Dies erleichtert einen Einsatz z.B. für das Sänger-Konzept. Gegenüber einer Selbstzündung kann die elektromagnetische Zündung auch stärker beeinflusst werden.
Durch entsprechend ausgerichtete elektromagnetische Wellen (40) (z.B. Mikrowellen) besteht die Möglichkeit ohne Einbauten im Triebwerkskanal von außen zu zünden und aerodynamische Widerstände (z.B. von Plasmaflammen) entfallen lassen zu können. Auch bieten elektromagnetische Wellen (40) die Möglichkeit weitere Zündbereiche (96) mit gleichmäßigerer Verbrennung abzudecken. Bereiche in der Brennkammer (3) mit maximaler Verdichtung können so abgedeckt werden. Diese Bereiche wären mit Einbauten nicht, oder nur schwer zu erreichen (z.B. in Mitte der Brennkammer). Einbauten haben unter Umständen Einfluss auf die thermodynamisch wirksamen Druckverhältnisse.
Die elektromagnetischen Wellen (40) werden über einen Sender, z.B. einer Stabantenne oder Hohlleiter (91) und eine elektromagnetisch durchlässige Schicht (92), wie z.B. einer Keramik, in die Brennkammer (93) eingekoppelt. Der übrige Bereich der Brennkammer (93) ist elektromagnetisch reflektierend um einen Resonatorraum für die elektromagnetischen Wellen (40) zu gestalten.
Zur elektrotechnischen Versorgung der elektromagnetischen Wellen (40) sind Thermoelemente an der Brennkammer, bzw. Außenhaut, Elektrogeneratoren an der Turbopumpe der Treibstoffversorgung, oder Elektrogeneratoren am Triebwerkskanal möglich. Die Elektrogeneratoren am Triebwerk können gespeist werden durch die Induktion bei der Bewegung der katalytischen Absorber (8) im Triebwerkskanal. Auch andere zugefügte Metallteile oder ionisierte Verbrennungsgase sind möglich. Um die Verbrennung zu starten, bzw. die Brennraumtemperatur zusätzlich in der Startphase zu steuern kann im Brennraum ein elektrischer Zünder platziert werden (unterstützendes redundantes System).
FIG. 10: Ramjettriebwerk keramischer Koppler von der Seite
In dieser Ausführungsvariante ist ein luftatmendes Triebwerk mit Unterschallverbrennung dargestellt (Ramjet).
Der anströmende Luftmassenstrom (95) dient als Oxidator. Durch Injektoren, bzw. Düsen (104) werden Reduktionsmittel (4) und katalytischen Absorber (8) in den Luftmassenstrom (95) eingespritzt. Im Ramjettriebwerk (100) ist nur wenig Zeit für die Zündung (105) und Verbrennung in der Brennkammer (103) nutzbar. Daher ist die Kombination von elektromagnetischen Wellen (40) wie z.B. Mikrowellen mit katalytischen Absorber (8) vorgesehen um hochaktive Zündkeime in die Brennkammer (103) einzuspeisen. Die Brennkammerlänge ist zu begrenzen um Reibungsverluste zu minimieren.
Durch entsprechend ausgerichtete elektromagnetische Wellen (40) (z.B. Mikrowellen) besteht die Möglichkeit ohne Einbauten im Brennraum von außen zu zünden und aerodynamische Widerstände (z.B. von Plasmaflammen) entfallen lassen zu können. Auch bieten elektromagnetische Wellen (40) die Möglichkeit weitere Zündbereiche (105) mit gleichmäßigerer Verbrennung abzudecken. Zündbereiche (105) mit maximaler Verdichtung, die mit Einbauten nicht, oder nur schwer zu erreichen sind (z.B. in Mitte der Brennkammer).
Die elektromagnetischen Wellen (40) werden über einen Sender, z.B. einer Stabantenne oder Hohlleiter (101) und eine elektromagnetisch durchlässige Schicht (102), wie z.B. einer Keramik, in die Brennkammer (103) eingekoppelt. Der übrige Bereich der Brennkammer (103) ist elektromagnetisch reflektierend um einen Resonatorraum für die elektromagnetischen Wellen (40) zu gestalten.
Zur elektrotechnischen Versorgung der elektromagnetischen Wellen (40) sind Thermoelemente an der Brennkammer, bzw. Außenhaut, Elektrogeneratoren an der Turbopumpe der Treibstoffversorgung, oder Elektrogeneratoren am Triebwerkskanal möglich. Die Elektrogeneratoren am Triebwerk können gespeist werden durch die Induktion bei der Bewegung der katalytischen Absorber (8) im Triebwerkskanal. Auch ggf. zusätzlich zugefügte Metallteile oder ionisierte Verbrennungsgase sind relevant.
Um die Verbrennung zu starten, bzw. die Brennraumtemperatur zusätzlich in der Startphase zu steuern kann im Brennraum alternativ oder ergänzend ein elektrischer oder chemischer Zünder platziert werden (unterstützendes redundantes System). Dieser ist in dieser Ausführungsvariante nicht dargestellt.
FIG. 11: Ramjettriebwerk keramischer Koppler im Zwischenkörper
Gegenüber der Ausführungsvariante der 10 werden am Ramjettriebwerk die elektromagnetischen Wellen (40) vom Zwischenkörper (111) eingekoppelt. Die elektromagnetischen Wellen (40) werden in Strömungsrichtung eingespeist.
Hierzu sind an der stromabgewandten Seite des Zwischenkörpers (111) entsprechende Vorrichtungen angeordnet. Am Zwischenkörper (111) befindet sich ein Sender, z.B. eine Stabantenne oder Hohlleiter (101) und eine elektromagnetisch durchlässige Schicht (102), wie z.B. eine Keramik, um in die Brennkammer (103) einzukoppeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 4311035 A1 [0001]
DE 10246201 A1 [0001]
DE 10356916 B3 [0001]
DE 19802745 C2 [0001, 0003, 0026]
DE 4136297 A1 [0001]
DE 60221975 T2 [0001]
US 000007635461 B2 [0001]
US 020080264372 A1 [0001, 0010]
US 2011/0154726 A1 [0001]
WO 001995004119 A1 [0001]
WO 2007/101646 [0001, 0008]
DE 102021001272 [0001]
DE 102021004141 [0001]
DE 102021004807 [0001]
DE 102022000497 [0001]
EP 3064767 A1 [0003, 0033, 0034]
AU 2016259366 A1 [0006]
CA 000002625789 C2 [0006]
GB 000000805400 A [0010]
US 7635461 B2 [0051]

Claims

Verfahren ohne Nutzung elektromagnetischer Lichtwellen und für mindestens einer der folgenden Prozesse bei chemischen Verbrennungsprozessen: Anregung oder Zündung, bei welcher mindestens einer der vorgenannten Prozesse mit mindestens einer flüssigen Treibstoffkomponente in mindestens einem der folgenden Wirkbereiche eingesetzt wird: vor einer Brennkammer (z.B. Raketentriebwerk, Gasturbine, bzw. Gasturbine für Turbopumpe), in einer Brennkammer (z.B. Raketentriebwerk, Gasturbine, bzw. Gasturbine für Turbopumpe), nach einer Brennkammer (z.B. Raketentriebwerk, Gasturbine, bzw. Gasturbine für Turbopumpe), vor einem Brennraum (Turbinen-Triebwerk, Pulsstrahltriebwerk, Ramjet, Scramjet), in einem Brennraum (Turbinen-Triebwerk, Pulsstrahltriebwerk, Ramjet, Scramjet), nach einem Brennraum (Turbinen-Triebwerk, Pulsstrahltriebwerk, Ramjet, Scramjet) Dadurch gekennzeichnet, dass ein veränderbarer Energieeintrag mit mindestens einer Einkoppelung von elektromagnetischen Wellen (z.B. Mikrowellen, Radiowellen, Röntgenwellen) in mindestens einem brennwertfreien katalytischen Absorber oder mittels endothermer Reaktion umwandelbarer katalytischer Absorber zur Verbrennung der übrigen Treibstoffkomponenten eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1. Dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Absorber als homogener Katalysator aus mindestens einem Element der Platingruppenmetalle oder Edelmetalle (ausschließlich Cu) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2. Dadurch gekennzeichnet, dass der homogene Katalysator als Verbundstruktur (z.B. Faserverbund oder Partikelverbund) ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2. Dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Absorption gezielt durch mindestens einen Unterschied der Bestandteile bei folgenden Eigenschaften in - einer Verbundstruktur gesteigert wird: elektrochemische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften, photo-katalytische Eigenschaften, Porosität für Elektrolyte.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2. Dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektromagnetischer Absorber in einer Lösung verteilt in den chemischen Verbrennungsprozess eingetragen wird, bei welcher die Lösung mindestens eines der folgenden Eigenschaften aufweist: oxidationshemmende Wirkung, benetzende Eigenschaften, amphotere Eigenschaften, Zündverzug leistend, klopfhemmende Wirkung, gefrierpunktsenkende Eigenschaften.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2. Dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschichtig aufgebauter homogener Katalysator mit einem gegen elektromagnetische Aufheizung abgeschirmten ferromagnetischen Kern ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2. Dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Treibstoffes magnetisiert, oder magnetisierbar ausgeführt ist (z.B. als Ferrofluid).
Verfahren nach Anspruch 1. Dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelung der benannten elektromagnetischen Leistung in mindestens eine Richtung oder mindestens einem bestimmten Bereich des Massenstromes durch mindestens einer der folgenden Vorrichtungen gesteigert wird: Verwendung eines elektrischen Filters (z.B. YIG-Filter, Gauß-Filter, Bessel-Filter), Pulsung der elektromagnetischen Wellen, Verwendung eines Polarisationsfilters, Verwendung eines Mikrowellen-Lasers, Verwendung eines Masers, einseitige Anregung der Absorber, magnetische Ausrichtung der Absorber, magnetische Beschleunigung der Absorber.
Verfahren nach Anspruch 1. Dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Senkung der erforderlichen Aktivierungsenergie mittels elektromagnetischer Wellen für einen benannten chemischen Prozess mindestens eines der folgenden Verfahren verwendet wird: Vorwärmung der Absorber, Vorwärmung der Lösung, anhaftende pyrotechnische Mittel, anhaftende phosphorhaltige Komponente, mehrstufige Einspeisung, gesteigerte Wärmereflektion der Brennkammerwände z.B. mittels Beschichtung aus Platin- oder Goldverbindungen, ausgerichtete Wärmereflektion der Brennkammerwände z.B. mittels räumlich geneigter Beschichtung aus Platin- oder Goldverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 1 und 3. Dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbundstruktur aus Fasern angehängte energetische Bestandteile verwendet werden, welche nicht zur Einkoppelung der elektromagnetischen Wellen ausgelegt sind, z.B. durch Größe der Fasern oder Abschirmung mittels Beschichtungen oder Abschirmung mittels weiterer Fasern.