Quantenmechanik in der Luftfahrt
Supraleiter sind seit 1911 bekannt. Die erforderliche Temperatur lag bei -269 Grad Celsius (4,15 Kelvin). 1986 wurden Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) entdeckt. Diese keramischen Supraleiter benötigen heute nur noch eine Temperatur um -135 Grad Celsius (138 Kelvin; derzeitiger Rekord). Supraleiter zeichnen sich durch sehr geringen elektrischen Widerstand und der Verdrängung von Magnetfeldern aus ihrer Struktur (Meißner-Ochsenfeld-Effekt) aus. Setzt man einen Supraleiter einem Magnetfeld aus, dann werden in seinem Inneren Wirbelströme induziert, die ihrerseits ein entgegengesetztes Magnetfeld aufbauen. Supraleiter und Magnet stossen sich von einander ab. Da der elektrische Widerstand gegen Null geht, bleiben die Wirbelströme konstant. Es braucht keine Energie von aussen zugeführt werden. Allein die Kühlung muss gewährleistet sein. Das Prinzip erklärt dieses Video:
Was hat das nun mit Luftfahrt zu tun?
Supraleitende Magnetlager
Im Flugzeug gibt es viele bewegliche Teile, die Wellen von Triebwerk, Generatoren oder Kraftstoff- und Hydraulikpumpen am Geräteträger befinden sich in Rotation und die Antriebe von Klappen und Ruder bewegen sich in Translation. Alles will gelagert sein und unterliegt derzeit Reibungsverlusten und Verschleiss. Das kostet Energie und Wartungsaufwand. Magnetlager hingegen nehmen bewegliche Teile berührungsfrei auf. Sie verbrauchen jedoch Energie, um die Magnetfelder zu erzeugen. Diese müssen gemessen und geregelt werden. Supraleitende Magnetlager sind Selbstläufer. Sobald Magnet und Supraleiter zusammen geführt sind, wirkt die Lorenzkraft und es braucht nur noch die entsprechende Temperatur gehalten werden, dann arbeitet das Lager ohne Reibungsverluste und Verschleiss.
Hochtemperatur-Supraleitender in Elektromotoren als Flugantriebe
Die "Vibration Control and Magnetic Suspension Group" am Glenn Research Center" der NASA geht noch einen Schritt weiter und arbeitet derzeit an einem Jet-Triebwerk auf der Basis von Hochtemperatur-Supraleitern. Der Gedanke liegt nahe. Wenn man schon mit Magnetfeldern und Wirbelströmen arbeitet, können diese auch mechanische Teile in Bewegung versetzen. Nichts anderes passiert in einem gewöhnlichen Kurzschlussläufermotor. Im Stator rotiert ein durch Spulen erzeugtes Magnetfeld und induziert im Rotor Wirbelströme, die ihrerseits ein Magnetfeld aufbauen. Da sich die gleichnamigen Magnetpole beider Magnetfelder voneinander abstossen und die ungleichnamigen anziehen, wird der Rotor in Bewegung versetzt. Diesen Effekt könnte man mit Hilfe von Hochtemperatur-Supraleitern nutzen und verstärken, um ein Triebwerk anzutreiben. Der Stator wird mit Magnetspulen ausgerüstet und der Kurzschlussläufer (Rotor) besteht aus HTSL-Wicklungen. Derzeit betreiben die Siemens AG (grösser 1.000 Umdrehungen/Minute) und American Superconductor (kleiner 500 Umdrehungen/Minute) solche Modelle. Bleiben nur noch die Kühlung und Strom für den Antrieb. Kleine Gasturbinen mit Wasserstoffantrieb sollen den Strom erzeugen. Zusätzlich würde deren Abwärme, über Brennstoffzellen in Elektro-Energie gewandelt, für die Versorgung des Bordnetzes genügen. Durch die Gasturbinen wäre auch die nötige Drehzahl der HTS-Motoren der Flugantriebe erreichbar. Gleichzeitig würde der Wasserstoff mit seiner Temperatur um -253 Grad Celsius als Kühlmittel für die Hochtemperatur-Supraleiter ausreichen.
Die Vorteile solcher HTS-Motore sind die grosse Energiedichte und ein Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent. Ich finde das hat was und wer weiss, vielleicht heben künftig ja sogar Flugzeuge mit supraleitendem Unterboden von magnetischen Runways ab und die Landung dürfte dann auch nicht mehr so hart ausfallen, wie es manche Airliners gerne hätten.
via Adelwitz Technologiezentrum GmbH, Heise und Landesumweltamt NRW
Technorati Tags: Supraleiter, HTS-Motor, HTS-Magnetlager, Gasturbine, Triebwerk, NASA
Supraleiter sind seit 1911 bekannt. Die erforderliche Temperatur lag bei -269 Grad Celsius (4,15 Kelvin). 1986 wurden Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL) entdeckt. Diese keramischen Supraleiter benötigen heute nur noch eine Temperatur um -135 Grad Celsius (138 Kelvin; derzeitiger Rekord). Supraleiter zeichnen sich durch sehr geringen elektrischen Widerstand und der Verdrängung von Magnetfeldern aus ihrer Struktur (Meißner-Ochsenfeld-Effekt) aus. Setzt man einen Supraleiter einem Magnetfeld aus, dann werden in seinem Inneren Wirbelströme induziert, die ihrerseits ein entgegengesetztes Magnetfeld aufbauen. Supraleiter und Magnet stossen sich von einander ab. Da der elektrische Widerstand gegen Null geht, bleiben die Wirbelströme konstant. Es braucht keine Energie von aussen zugeführt werden. Allein die Kühlung muss gewährleistet sein. Das Prinzip erklärt dieses Video:
Was hat das nun mit Luftfahrt zu tun?
Supraleitende Magnetlager
Im Flugzeug gibt es viele bewegliche Teile, die Wellen von Triebwerk, Generatoren oder Kraftstoff- und Hydraulikpumpen am Geräteträger befinden sich in Rotation und die Antriebe von Klappen und Ruder bewegen sich in Translation. Alles will gelagert sein und unterliegt derzeit Reibungsverlusten und Verschleiss. Das kostet Energie und Wartungsaufwand. Magnetlager hingegen nehmen bewegliche Teile berührungsfrei auf. Sie verbrauchen jedoch Energie, um die Magnetfelder zu erzeugen. Diese müssen gemessen und geregelt werden. Supraleitende Magnetlager sind Selbstläufer. Sobald Magnet und Supraleiter zusammen geführt sind, wirkt die Lorenzkraft und es braucht nur noch die entsprechende Temperatur gehalten werden, dann arbeitet das Lager ohne Reibungsverluste und Verschleiss.
Hochtemperatur-Supraleitender in Elektromotoren als Flugantriebe
Die "Vibration Control and Magnetic Suspension Group" am Glenn Research Center" der NASA geht noch einen Schritt weiter und arbeitet derzeit an einem Jet-Triebwerk auf der Basis von Hochtemperatur-Supraleitern. Der Gedanke liegt nahe. Wenn man schon mit Magnetfeldern und Wirbelströmen arbeitet, können diese auch mechanische Teile in Bewegung versetzen. Nichts anderes passiert in einem gewöhnlichen Kurzschlussläufermotor. Im Stator rotiert ein durch Spulen erzeugtes Magnetfeld und induziert im Rotor Wirbelströme, die ihrerseits ein Magnetfeld aufbauen. Da sich die gleichnamigen Magnetpole beider Magnetfelder voneinander abstossen und die ungleichnamigen anziehen, wird der Rotor in Bewegung versetzt. Diesen Effekt könnte man mit Hilfe von Hochtemperatur-Supraleitern nutzen und verstärken, um ein Triebwerk anzutreiben. Der Stator wird mit Magnetspulen ausgerüstet und der Kurzschlussläufer (Rotor) besteht aus HTSL-Wicklungen. Derzeit betreiben die Siemens AG (grösser 1.000 Umdrehungen/Minute) und American Superconductor (kleiner 500 Umdrehungen/Minute) solche Modelle. Bleiben nur noch die Kühlung und Strom für den Antrieb. Kleine Gasturbinen mit Wasserstoffantrieb sollen den Strom erzeugen. Zusätzlich würde deren Abwärme, über Brennstoffzellen in Elektro-Energie gewandelt, für die Versorgung des Bordnetzes genügen. Durch die Gasturbinen wäre auch die nötige Drehzahl der HTS-Motoren der Flugantriebe erreichbar. Gleichzeitig würde der Wasserstoff mit seiner Temperatur um -253 Grad Celsius als Kühlmittel für die Hochtemperatur-Supraleiter ausreichen.
Die Vorteile solcher HTS-Motore sind die grosse Energiedichte und ein Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent. Ich finde das hat was und wer weiss, vielleicht heben künftig ja sogar Flugzeuge mit supraleitendem Unterboden von magnetischen Runways ab und die Landung dürfte dann auch nicht mehr so hart ausfallen, wie es manche Airliners gerne hätten.
via Adelwitz Technologiezentrum GmbH, Heise und Landesumweltamt NRW
Technorati Tags: Supraleiter, HTS-Motor, HTS-Magnetlager, Gasturbine, Triebwerk, NASA
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen