Hyperloop - Ein zukünftiges Transportsystem?


R.M

Bekanntes Mitglied
24.12.2006
9.658
Hallo

Egal wer machts? https://www.leybold.com/de/medien/news/hyperloop-transportmittel-in-die-zukunft/
 

Emil

Bekanntes Mitglied
04.04.2006
2.225
Habe ich gerade durch Zufall gefunden:

Hyperloop-Wettbewerb: Studenten der TU München mit schnellster Kapsel
30.01.17 10:09
dpa-AFX

MÜNCHEN/LOS ANGELES (dpa-AFX) - In 30 Minuten von San Francisco nach Los Angeles - Münchner Studenten haben für diese Vision des Tesla -Gründers Elon Musk die schnellste Transportkapsel entworfen. "Gratulation für das WARR Hyperloop Team für die schnellste Kapsel", heißt es auf dem Twitter-Account des Raumfahrtprojekts SpaceX.
Quelle
https://twitter.com/Hyperloop/status/825912628484583424
http://www.spacex.com/hyperloop
https://m.heise.de/newsticker/meldung/Hyperloop-Test-Muenchener-stellen-schnellste-Kapsel-3610037.html?wt_mc=rss.ho.beitrag.atom

Ich habe mir doch gleich gedacht dass das Pod nicht so schlecht sein kann. Wie ich schon schrieb ist dieses Team eines der wenigen dass den ursprünglichen Entwurf von EM annähernd konzeptionell verwirklicht hat. Während andere Pods versuchen die Luft zu verdrängen wird hier die Luft komprimiert durch das Fahrzeug geleitet und hinten wieder ausgestoßen.

So richtig kommen die Vorteil erst bei höheren Geschwindigkeiten zu Tage.

Weiter so!
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Das ursprüngliche Musk-design hat man offensichtlich verlassen. Der größte Teil der Luft fließt jetzt außen herum, die Kapseln werden kleiner, die Röhre voluminöser.
Der Druck: leider auch höher. 0,1mbar wäre mein Traum gewesen. Da macht die freie Weglänge der Luft nicht mit. Also, wird jetzt auch ganz gehörig mehr Antriebsleistung benötigt. Schade. Da könnte man auch gleich eine Swissmetro bauen.
Zwar sind die Luftmoleküle mit Überschallgeschwindigkeit sehr schnell, aber, weil sie so selten aneinanderstoßen, dafür oft an die Wand, bleiben sie dort kleben und wandern unendlich langsam durch die Röhre, wo sie dann an zigtausend Stellen abgesaugt werden müssen.
Für mich ist das Projekt damit gestorben. Es sei denn, die Leybolder und Röhrenabdichter schaffen meine 0,1 mbar.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Man ist praktisch wieder bei der swiss Metro. Wenn ich es richig gesehen habe, nimmt das Fan auch beim Münchener Modell nur einen kleinen Teil der Frontfläche ein. Die Luftkompression dient im Wesentlichen nur zur Levitation und zum Antrieb. Vielleicht waren aber nur die Mittel nicht ausreichend, um die gesamte Frontfläche für den Kompressor zur Verfügung zu stellen?
Also, die 0,1mBar hätten mich richtig erfreut, aber gemäß der Einwände von Roman, 0,6 Meter freie Weglänge und damit praktisch unmöglich, so stark zu evakuiieren, müssen wir uns mit 1 mbar maximal zufrieden geben. Aber damit gelingt es auch, ein relativ sparsames Fahrzeug zu bauen, allerdings nur mit ständiger Energiezufuhr. Batterien reichen da leider nicht aus, will man größere Strecken überbrücken. Allerdings ist eine 100% effektive Batterie schon eingebaut: die Trägheit. Nur Teile der Röhre müssen mit einem Energieübertragungssystem ausgerüstet sein, der Rest wird durch den "Schwung" überbrückt.

Was mir ganz besonders an dem ganzen gefällt, sind die gegenüber der Swiss Metro sehr viel kleineren Dimensionen. Verschweißte Röhren bieten weit mehr Luftdichtheit.

Wärmedehnung ist ein arges Hindernis und es würde mich nicht wundern, wenn die Röhren, wenn sie länger werden, in unterirdischen Tunneln verschwinden würden.

Eine konzentrische Doppelröhre mit Vakuumisolierung wäre auch denkbar, dann auch überirdisch.

Nur Roman kann beurteilen, wie dicht man Edelstahlzieharmoniken mit einem Meter Stauchungslänge ausführen kann. Dann würde es reichen, bei 100 Kelvin Temperaturänderungen solche Dichtungen alle paar km vorzusehen.
Die Ausführung als konzentrische Doppelröhre hätte den großen Vorteil, dass die äußere Röhre ein leicht zu evakuierende Vorvakuum enthielte, das der Vielzahl von Molikularpumpen längs der Strecke die Arbeit erleichtern würde und zugleich Sonnenwärme fernhält, sodass innen auf Dehnungselemente verzichtet werden kann. Ihr seht, ich klebe immer noch an dem ursprünglichen Muskschen design, dem das Münchener Gefährt nur am nächsten kam.

Die größte Hürde

Ich fürchte, die große Pumpe im Fahrzeug muss bei meinen 0,1 mbar als Turbomolekularpumpe ausgeführt werden.
Aber vielleicht ist das ja gar kein großes Hindernis. Roman, wie ist das da draußen, in den oberen Schichten der Atmosphäre?
Immerhin ist beim originalen Hyperloop-Fahrzeug ein Ram-Verdichter bereits eingebaut. Stickstoff wird da bereits auf den ca 1,6 fachen Druck vorverdichtet.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Wichtig bei der Berechnung von Vakuumfahrzeugen sind die mittleren freien Weglängen der Restgasmoleküle:

Lambda

Druck höhenabhängig

In der Reiseflughöhe der Jets von ca 15km beträgt der Luftdruck ca 15% dessen in Meereshöhe. Reine Elektroflugzeuge dürften wohl eher in höchstens 9km Höhe bei 30% Luftdruck gerade über den höchsten Gewitterwolken und Bergen fliegen.
An einem 10.000tel bar für Lasten-und Personentransport durch die Röhre basteln wir noch.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Diese ganzen Spielzeuge, die man durch die Röhre bugsierte, treffen nicht entfernt Musks Erfindung. Da ging es um Überschallgeschwindigkeit und einen Kompressor, der in seiner Größe den gesamten Röhrenquerschnitt ausmacht. Auf nur wenigen km kann man keine Schallgeschwindigkeit erreichen. Immerhin erzeugte der viel zu kleine Alpha-Jet-Kompressor mit den 100kW einen merklichen Vortrieb. die nur 200km/h Geschwindigkeit ergaben sich daraus, dass ja fast die gesamt Luft von der Front durch das Flugzeug nach hinten befördert werden musste. Sehr viel schneller als mit Schallgeschwindigkeit konnte die Luft nicht von der ersten Schaufelreihe angesaugt werden. Der Strömungswiderstand ohne die Musksche Pumpvorrichtung ist in einer Röhre immens. Aus der erreichten Geschwindigkeit von 200km/h entnehme ich, dass die Eingangsfläche des Triebwerks etwas unter 20% des Rörenquerschnitts betrug. Eben das Verhältnis von Schallgeschwindigkkeit zu 200km/h.
In einer Röhre mit der Querschnittsfläche des Triebwerks würde man die Schallgeschwindigkeit erreichen und überschreiten können.
Elon Musk hatte schließlich erkannt, dass die swissmetro riesiger Tunnelquerschnitte bedurfte, bei riesigen Reibungsverlusten und er erfand die auch für mich überaus überraschende Lösung.
Schade, dass er nicht durch den Schweizer Käse schießen durfte. Die Schweiz besitzt solche Rohrsysteme. Leider nur für das Militär benutzbar, aber schön lang und gerade.
Nein, die Swiss Metro ist seit Musks Erfindung keinesfalls tot.
Wir sollten nur die Berner Malermeister rechtzeitig wecken, ehe der Zeiger vom Zytgloggeturm heranrast und sie erschlägt.

 

Emil

Bekanntes Mitglied
04.04.2006
2.225
http://www.ibtimes.co.uk/startram-maglev-creator-wants-fire-satellites-into-space-through-vertical-hyperloop-tube-1608038
 

R.M

Bekanntes Mitglied
24.12.2006
9.658
Hallo

Das würde gehen aber einen zusätzlichen Antrieb brauchts doch noch wenn die Beschleunigungsstrecke 10km nicht überschreiten soll.


Gruß

Roman
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Je näher die Geschwindigkeit eine Rakete bei der Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus der Düsse liegt, umso höher ist der energetische Wirkungsgrad. Der beträgt bei Wasserstoffantrieb und 5km/s Raketengeschwindigkeit ca 100% , vermindert um die Triebwerksverluste. Bei der ersten Entweichungshgeschwindigkeit von der Erde sind es immer noch geschätzt 50%, das kann der Roman besser berechnen. Wäre schön, wenn er das mal täte?
Bei 2,5km/s Raketengeschwindigkeit sind es ebenfalls 50%.
Es ist deshalb nicht sinnvoll, auf den Raketenantrieb ganz zu verzichten.

Die Musksche Röhre sollte deshalb nur bis ca 2km/s beschleunigen, für den Rest ist
Raketentechnik schonender und wirkungsvoller.
Die 600 Meilen lange Röhre reduziert sich damit auf eine Länge von ca 40 Meilen. Die 80 Meilen lange Röhre, nur für den Materialtransport, auf 5 Meilen.
Ich denke aber, da gibt es wirtschaftlichere Lösungen, mit einem Überschall-Trägerflugzeug, das nicht einmal die Röhre braucht.
Flugzeuge halte ich für zu sperrig für die Röhre und die Röhre für zu teuer. Flugplatz reicht.
Nichts spricht dagegen, das Trägerflugzeug mit einem Katapult elektrisch auf Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen, um die Startverluste zu minimieren.
Auf einem 2km langen Flugfeld sind dazu nur 2g erforderlich. 2g treten beim normalen Laufen auf. Verträgt jeder.

Vergessen wir nicht, dass speziell hier im Forum immer wieder der gleiche Fehler gemacht wird: Zum Abschuss in der Röhre benötigen wir elektrische Energie und hier werden immer elektrische und Wärmeenergie gleichgesetzt.
Es gibt keinen wirkungsgradstärkeren Motor als das Düsentriebwerk. Roman nennt uns den bitte einmal.
 

Emil

Bekanntes Mitglied
04.04.2006
2.225
Vergessen wir nicht, dass speziell hier im Forum immer wieder der gleiche Fehler gemacht wird: Zum Abschuss in der Röhre benötigen wir elektrische Energie und hier werden immer elektrische und Wärmeenergie gleichgesetzt.
Es gibt keinen wirkungsgradstärkeren Motor als das Düsentriebwerk. Roman nennt uns den bitte einmal.
Es geht doch hier nicht um den Wirkungsgrad des Antriebs selbst sondern darum den Start von Objekten in den Orbit deutlich dadurch zu verbilligen dass man nicht Teile des Systems nach dem Start weg wirft, und gleichzeitig noch ein Vielfaches der Masse des eigntlich in den Orbit zu befördenden Objekts mit beschleunigen muss.

Für Ersteres hat EM durch die Landung der 1. Stufe und deren Wiederverwendung eine Teillösung. Die Einsparung beim 2. Teil ist aber noch wesentlich höher. Auch wenn vielleicht der Antrieb im Hyperloop einen geringeren Wirkungsgrad als ein Düsentriebwerk hat, ergibt sich die Einsparung an Energie einfach dadurch dass praktisch nur das Objekt selbst beschleunigt werden muss.

Übrigens, so neu ist dieses Konzept jetzt gar nicht. Vor 30-40 Jahren habe ich einen Science-Fiction Roman gelesen wo genau so ein System verwendet wurde um regelmäßig Nachschub für eine Mondbasis auf den Mond zu schießen. Leider fällt mir der Titel nicht mehr ein, aber ich werde gelegentlich mal in meiner Bibliothek suchen.
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Mit dem Wirkungsgrad der Raketen ist es nicht ganz so schlimm. Heute hat jede Stufe ein ganz hervorragendes Startmasse/Nutzlastverhältnis, sodass im Wesentlichen Treibstoff beschleunigt wird. Bei einer Ausströmgeschwindigkeit von 5km/h bleibt bei einer Raketengeschwindigkeit von 5km/h das ausgestoßene Gas gegenüber der Erde stehen, hat also alle Energie an die Rakete und den verbliebenen Treibstoff abgegeben. Bei 8,2km/h Geschwindigkeit sind es 3,2km/h, die das ausgestoßene Gas an verlorener kinetischer Energie mit sich führt, also ca 1/3 Verlust.
Verlustreich ist die Anfangsphase, in der das Triebwerk die gesamte Energie verschwendet.
Deshalb die elektrische Katapultbeschleunigung, bis der Überschallträgerjet in einen günstigen Wirkungsgradbereich kommt und erst bei dreifacher Schallgeschwindigkeit zünden die Raketenmotoren.
Und nun erteile ich der Ariane das Wort, die uns mitteilt, mit welchem Nutzlastverhältnis wir rechnen können. Die Raketenhüllen transportieren natürlich verlorene Energie, die wir deshalb möglichst leicht machen, auch, damit die Gnus keine Kopfschmerzen bekommen, wenn sie ihnen in der Kalahari auf den Kopf fallen. Tierschützer plädieren bereits für eine sanfte Rückführung.
 

R.M

Bekanntes Mitglied
24.12.2006
9.658
Hallo

So was ähnliches hat man schon erprobt, Feststoffrakete an ein F16 hängen, mit Nachbrenner auf 20 km Höhe und dann ausklinken und Rakete zünden. reicht auch für 100kg auf eine 300km Umlaufbahn.

Vorher gabs schon Versuche eine Mittelstreckenrakete auf Lafette aus einem Miltärtransporter zu werfen und am Fallschirm hängend zu starten.

Denke mal das wäre effektiver als einen 10 km langen Linearbeschleuniger wo man immer noch das Problem der Luftreibung hat.

Gruß

Roman
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Dirk Ahlborn zu Besuch

Er erwähnt auch die von Roman genannte Schwierigkeit, eine lange Röhre zu evakuieren.

Die Luftmoleküle bewegen sich zwar nur relativ zäh aus der Röhre, aber andereseits ist jedes über 500km/h schnell. Leider treffen sie nur sehr selten aufeinander und so ist die Diffusionsgeschwindigkeit so gering. Nur der geringe beim Aufeinandertreffen erzeugte Druck bewirkt einen Luftstrom. Bei 3 Meter Durchmesser der Röhre und 0,1mbar beträgt die freie Weglänge 0,5 Meter. Da könnte sich doch noch einiges bewegen. Wir müssen ja keine großen Gasmassen bewegen, sondern nur die Undichtigkeiten. Ob vielleicht doch auf jedem km eine Vakuumpumpe genügt?
In der Kapsel gibt es stark komprimierte Luft, die gut abgebremst ist. Vielleicht reicht es, wenn wir von dieser regelmäßig etwas stehlen und an den Endstellen in den Papierkorb werfen? Einen besseren Restluftsammler kenne ich nicht.
 

Manfred aus ObB

Bekanntes Mitglied
12.12.2006
7.086
Aus den Weiten des WWW

http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/hyperloop-transportsystem-faehrt-bei-test-fuer-fuenf-sekunden-a-1157530.html

[size=medium]Der Hyperloop war nur fünf Sekunden lang in seiner Röhre unterwegs und erreichte
lediglich eine Geschwindigkeit von 112 km/h. Dennoch sprach die US-Entwicklerfirma
Hyperloop One von einem erfolgreichen "erstem Großversuch des Hyperloop-Systems".[/size]
Man Beachte Elon Twitter garnix dazu :eek:

Obs daran Liegt :confused: ;-)

[size=medium]Die ursprünglich von dem Unternehmer Elon Musk ersonnene Technologie sieht vor, dass die Kapseln
wie in einer Rohrpost von Stadt zu Stadt schießen. Die Entwicklung von Hyperloop findet jedoch nicht
unter Musks Regie statt. Er konzipierte das System von Anfang an als Crowdfunding- und Crowdsourcing-Projekt,
also als Vorhaben, bei dem Geld und Expertise aus den verschiedensten Quellen kommen sollen.

Als Folge arbeiten neben Hyperloop One noch konkurrierende Firmen an dem Projekt.[/size]
 

Bernd Schlueter

Bekanntes Mitglied
10.12.2004
10.138
Eine einfache Überlegung belehrt mich, dass es einfach ist, das hyperloop zu berechnen.
Es geht von der Erkenntnis aus, dass in einem solchen Vakuum keine hydrodynamische Strömung vorliegt. Eine Tatsache, auf die mich erst Roman aufmerksam machen musste, der sich nun wirklich gut mit der Bewegung von Flugkörpern im Vakuum auskennt.

Also, bei den 400m/s Geschwindigkeit, die ein solches Flugobjekt in der Röhre zurücklegt, kann man davon ausgehen, dass die eingesammelten Luftmoleküle praktisch vollkommen abgebremst werden. Ich rechne nur ganz grob:
Auf 400m Länge sammelt die Front des 2m² Querschnittsfläche messenden Flugkörpers bei 0,1 mbar Luftdruck ca 0,1kg Luft pro Sekunde ein und beschleunigt diese auf 400m/s (sie wird voll abgebremst, das ist auch eine Beschleunigung). Somit ergibt sich eine Widerstandskraft von 40 N, was einer erforderlichen Antriebsleistung von 40N * 400 m/s = 16kW entspricht.
Mit einem 40kWh-Akku käme man also fast 1500 km weit.

Um die Luft durch das Fahrzeug zu bugsieren, erleidet diese zunächst mehrere Verdichtungstöße bis zur Unterschallgeschwindigkeit und wird in einem Unterschallverdichter samt Kühlung weiter verdichtet, bis sie durch das Fahrzeuginnere passt, ohne die Passagiere allzu sehr einzuengen. Nach hinten wird die Luft dann wieder mit Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen. Dabei gehe ich davon aus, dass in der Summe die gesamte Bewegungsenergie der Luftmoleküle, die von vorne einströmen, verloren geht.

Bei 1 mbar Luftdruck verzehnfacht sich der Energieaufwand, ist aber immer noch sehr erträglich. 400kWh für die Beförderung von 28 Personen über 1500km.

Also 0,9 kWh/100km pro Person, oder in Benzin umgerechnet, 0,3 l/100km.
Das ist nicht viel.

Je höher der Druck, umso geringer ist der Aufwand zur Aufrechterhaltung des Vakuums.
Wäre die Röhre dicht, benötigte man dazu überhaupt keine Energie.
 

Bernd Schlüter

Aktives Mitglied
19.01.2004
322
Krefeld, 02151 9287045
Nachdem ich an anderer Stelle die mittlere freie Weglänge von Luftmolekülen im Vakuum berechnen musste, stelle ich fest, dass diese doch sehr viel kleiner als die Abmessungen der Hyperloop-Röhre von Elon Musk sind, dass also sehr wohl eine hydrodynamische Strömung vorliegen kann.
Elon Musk arbeitet mit etwa 1/1000 des atmosphärischen Luftdrucks, also 100Pascal.
68 nm beträgt die mittlere freie Weglänge unter Normalbedingung, damit bei 1/1000bar das 1000fache, also 68µm. Das ist im Vergleich zur Rohrabmessung von 2 bis 4 Metern winzig. Mit anderen Worten, die überaus gr0ße Zähigkeit tritt nicht auf. Zwar ist bei laminarer Strömung der Strömungswiderstand 1000 mal höher als unter Atmosphärendruck, aber das ist immer noch verschwindend gering gegenüber dem Druck des Grobvakuums in der Hyperloop-Röhre. Demnach müsste nicht alle paar Meter eine Vakuumpumpe vorgesehen werden, sondern eher im Abstand von einigen Kilometern, auch wenn wir den Luftdruck noch einmal um den Faktor 10 erniedrigen würden, also dann bereits im Feinvakuumbereich.
Hyperloop müsste genau so funktionieren, wie vorgesehen.
Wiki
Wenn wir den Überschall-Kompressor von Elon sehr langsam in Honig drehen lassen würden, könnte dieser keinen Druck aufbauen. Aber bei den hohen Geschwindigkeiten, die hier vorliegen, funktionieren diese sehr wohl, die Strömung wird sogar turbulent, es gibt Strahlablösungen und alle Erscheinungen, die wir auch unter Atmosphärendruck beobachten. Oder sehe ich da etwas falsch?
Bei meinen Hochvakuumversuchen im Physikpraktikum sah das allerdings anders aus, da kam es zu den von Roman genannten Erscheinungen und der Unmöglichkeit, über eine lange Rohrlänge ein Hochvakuum zu erzeugen.

Ich bin zu dem Thema zurückgekommen, weil ich eine Vakuumdestillationskolonne und die Diffusionsvorgänge in dieser berechnet habe.
Also, von mir aus: grünes Licht für Elons Röhre.
 

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