Seattle (pte/19.02.2020/10:51) Raketen sollen künftig von einem Brenner mit rotierender Detonationswelle (RDE) angetrieben werden. Das Triebwerk ist einfacher zu bauen und benötigt weitaus weniger Treibstoff als die bisher eingesetzten Raketenmotoren. Forscher der University of Washington http://washington.edu haben hierfür ein mathematisches Modell fertiggestellt, das die Funktionsweise der Maschine exakt beschreibt. Dieses Modell setzt die Konstrukteure in die Lage, die Macken der RDE gezielt auszumerzen.

Ringförmige Brennkammer

Die RDE besitzt eine ringförmige Brennkammer, in die das Treibstoffgemisch eingespritzt wird. Nach der Zündung entsteht eine umlaufende Druckwelle, die die Detonationskraft verstärkt, ehe sie die Kammer verlässt und für Vortrieb sorgt. Das Treibstoffgemisch wird kontinuierlich zugeführt, sodass der Motor ständig Verbrennungsreste mit großer Kraft ausstößt. Die Geschwindigkeit der Abgase ist höher als die des Schalls.

"Die RDE ist noch im Säuglingsalter", sagt James Koch, Doktorand der University of Washington. Jedoch ein faszinierender Antrieb, wenn er denn komplett verstanden wird. Daran arbeitet Koch. Während herkömmliche Raketentriebwerke zahlreiche Aggregate benötigen, die die Verbrennung steuern und kontrollieren, sorgt die anfängliche Schockwelle, die sich bei der Zündung bildet, selbstständig für den weiteren Verbrennungsprozess.

240.000 Bilder pro Sekunde

Koch und sein Team haben bereits ein Modell einer RDE gebaut, an dem sie unterschiedliche Parameter überprüfen und verändern konnten. Dann zeichneten sie den Verbrennungsprozess mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. Jedes Experiment dauerte gerade einmal 0,5 Sekunden, aber mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von 240.000 Bildern pro Sekunde konnten sie jedes Detail des Prozesses sichtbar machen.

Auf der Grundlage dessen, was sie sahen, entwickelten die Wissenschaftler das besagte mathematische Modell. "Es ist das einzige mathematische Modell, das in der Lage ist, den komplexen Verbrennungsprozess in der Ringkammer exakt zu beschreiben", so Co-Autor J. Nathan Kutz. Jetzt gehen die Forscher daran, auf der Basis des Modells eine zuverlässige Maschine zu bauen.

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Stanford (pte/07.05.2020/06:05) Forscher der Stanford University http://stanford.edu haben einen Schritt in Richtung Akku-Laden während der Fahrt gemacht. Hierfür haben sie ein System entwickelt, das es zumindest im Labor bereits schafft, knapp zehn Watt an Elektrizität über eine Distanz von etwas unter einem Meter zu übertragen. Der Prototyp erreicht eine Übertragungseffizienz von 92 Prozent und soll seinen Erfindern zufolge vom Prinzip her "sehr leicht ausbaubar und schnell genug" sein, um Fahrzeuge in Bewegung mit ausreichend Energie zu versorgen.

Für Roboter bereits einsetzbar

"Das ist ein bedeutender Erfolg in Richtung der Entwicklung eines praktikablen und effizienten Systems für das kabellose Aufladen von Autos oder Robotern", erklärt Shanhui Fan, Professor für Electrical Engineering an der Stanford University. Der Ansatz funktioniere sogar bei relativ hohen Bewegungsgeschwindigkeiten sehr gut. "Um tatsächlich ein Auto während der Fahrt aufzuladen, müssen wir die Leistung der Energieübertragung zwar noch deutlich steigern. Ich sehe auf dem Weg dahin aber keine größeren Hindernisse", ist der Experte überzeugt.

Schon jetzt sei die Technologie in ihrer Entwicklung soweit fortgeschritten, dass sie in anderen Bereichen sehr gut einsetzbar sei - etwa bei Robotern. "Es könnte nicht mehr lange dauern, bis wir unser System in großen Lagerhäusern oder Fabrikhallen wiederfinden, wo es dazu eingesetzt wird, Roboter wieder aufzuladen, während sie sich darin hin- und herbewegen. Das würde bedeuten, dass sie nicht mehr zum Aufladen still in ihren Ladestationen stehen müssen und ihrer Arbeit rund um die Uhr nachgehen können", so Fan.

Von zehn auf nun 92 Prozent

Bereits vor drei Jahren haben der Forscher und sein Team erstmals den innovativen Ansatz öffentlich präsentiert. Die damals gezeigte Technologie war allerdings noch nicht effizient genug, um auch außerhalb des Labors sinnvoll genutzt werden zu können. "Der Verstärker von damals hat soviel Energie verbraucht, dass das System letztlich nur in der Lage war, knapp zehn Prozent der hindurchfließenden Leistung zu übertragen", erinnert sich der Experte zurück.

Die nun deutlich verbesserte Version schafft hier einen enormen Leistungssprung auf satte 92 Prozent Übertragungseffizienz. "Es gibt keinen Grund, warum es damit künftig nicht auch möglich sein sollte, hunderte von Kilowatt an Elektrizität zu übertragen, die für ein Auto notwendig wären", ist Fan überzeugt. Und auch in punkto Geschwindigkeit gebe es keine Bedenken: "Die kabellose Übertragung dauert nur wenige Millisekunden - also einen kleinen Bruchteil der Zeit, die ein Auto bei 70 Stundenkilometern braucht, um eine etwas über einen Meter große Ladezone zu kreuzen."

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