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Ariane 6 PPH architecture: Critical Analysis - First iteration loop

Dumont, Etienne und Mierheim, Olaf und Chrupalla, David und Klevanski, J. und Bozic, Ognjan und Kopp, Alexander und Karl, Sebastian und Johannsson, Magni und Stief, Malte und David, Emmanuelle und Ludwig, Carina und Keiderling, David und Saile, Dominik und Poppe, Georg und Koch, Patrick und Schnepper, K. und Kirschner, Michael und Degenhardt, Richard und Schmidt, Volker und Manfletti, C. (2014) Ariane 6 PPH architecture: Critical Analysis - First iteration loop. DLR-Interner Bericht. X-TRAS TN-002/2013, 228 S.

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Kurzfassung

The work performed in 2013 by the X-TRAS (Expertise Raumtransportsysteme) group of DLR on the critical analysis of the Ariane 6 PPH architecture is presented in this report. A first design iteration loop has been performed, based on the Ariane 6 configuration of the Concept Selection Key Point (triangular positioning of the three P135 of the first stage). A preliminary model of the launcher with three P135 solid rocket motors (SRM) in the first stage, one identical P135 solid rocket motor in the second stage and a H30 cryogenic stage powered by Vinci was established. Subsequently, specific areas were analysed in more detail. Computational fluid dynamic (CFD) calculations have been performed to determine the aerodynamic characteristics of the launcher and to validate the aerodynamic database obtained with engineering method and, used for trajectory optimisation. Numerous parameters of the P135 solid rocket motors (amongst others performance, internal flow, pressure and thrust oscillations, and heat transfer) have been analysed and a preliminary design of the casing, the nozzle, the igniter and the grain have been performed. Using finite element methods, the main structure of the launch vehicle including the solid rocket motor casing, the inter-stages and the upper stage have been sized. In addition the stiffness was adapted to guarantee that the lower natural frequencies of the launch vehicle are high enough to ensure the launcher’s stability and controllability in flight. The propellant feed system of the upper stage has been pre-sized for the reference GTO-DDO (direct de-orbiting) mission. Sloshing in the tanks has been calculated with CFD methods. A preliminary selection of the subsystems was performed based on existing launch vehicles. The controllability and stability of the launch vehicle has been verified under the influence of wind gusts for the configuration of Ariane 6 LS-PRR, linear positioning of the three P135 of the first stage (October 2013). The case of thrust asymmetry, due to different burning rate of the solid rocket motors of the first stage, was also considered. Preliminary analyses of the de-orbitation and launcher visibility from ground stations during its ascent were also performed. Based on all these results a new mass breakdown and flight sequence was established and the optimal GTO trajectory determined. An assessment of the development cost, production cost and launch service cost has been performed with the help of a parametric method and considering different scenarios.

Dokumentart:Berichtsreihe (DLR-Interner Bericht)
Titel:Ariane 6 PPH architecture: Critical Analysis - First iteration loop
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID
Dumont, EtienneEtienne.Dumont@dlr.dehttp://orcid.org/0000-0003-4618-0572
Mierheim, Olafolaf.mierheim@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Chrupalla, DavidNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klevanski, J.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bozic, Ognjanognjan.bozic@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Kopp, Alexanderalexander.kopp@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Karl, SebastianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johannsson, Magnimagni.johannsson@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Stief, MalteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
David, Emmanuelleemmanuelle.david@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Ludwig, Carinacarina.ludwig@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Keiderling, Daviddavid.keiderling@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Saile, DominikDLRNICHT SPEZIFIZIERT
Poppe, Georggeorg.poppe@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Koch, PatrickNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schnepper, K.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kirschner, Michaelmichael.kirschner@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Degenhardt, RichardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, VolkerVolker.Schmidt@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Manfletti, C.Chiara.Manfletti@dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2014
Referierte Publikation:Nein
In Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenanzahl:228
Status:veröffentlicht
Stichwörter:X-TRAS, Ariane 6, trajectory, structure, solid rocket motor, sloshing, trimmability, controllability, aerodynamic, propellant feed system, de-orbiting, subsystems, development cost, production cost, launch service cost
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt X-TRAS
Standort: Braunschweig , Bremen , Göttingen , Köln-Porz , Lampoldshausen , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Über- und Hyperschalltechnologien
Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik > Funktionsleichtbau
Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik > Strukturmechanik
Institut für Raumfahrtantriebe > Prüfstandtechnologie
Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Institut für Raumfahrtsysteme > Systemanalyse Raumtransport
Institut für Raumfahrtsysteme > Transport- und Antriebssysteme
Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik > Flugzeug-Systemdynamik
Raumflugbetrieb und Astronautentraining > Raumflugtechnologie
Hinterlegt von: Dumont, Etienne
Hinterlegt am:30 Apr 2014 10:10
Letzte Änderung:24 Okt 2016 09:09

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