Combustion Phenomena of Advanced Hybrid Rocket Fuels

Abstract

Das Verbrennungsverhalten von verschiedenen Hybridraketen-Brennstoffen mit GOX als Oxidator wird in dieser Arbeit theoretisch und experimentell untersucht. Der Fokus liegt auf fortschrittlichen Brennstoffen, basierend auf Paraffin-Wachsen. Sie liefern erhöhte Abbrandraten im Vergleich zu konventionellen Brennstoffen. Eine Brennkammer mit Fenstern und 2D Brennstoff-Platten wurde für die optischen Untersuchungen verwendet. Hierbei wurden High-speed Videoaufnahmen durchgeführt. Durch diese Techniken konnte ein tiefer Einblick in die Verbrennungsvorgänge der untersuchten Hybridraketen-Brennstoffe gewonnen werden. Die Paraffin-basierten Brennstoffe zeigten periodische, wellenartige Strukturen während des Abbrandes. Eine automatisierte Video-Analyse wurde entwickelt, basiered auf der Proper Orthogonal Decomposition Technik. Sie ermöglicht die automatische Bestimmung kohärenter Strukturen in Raum und Zeit während den Versuchen. Die experimentellen Abbrandraten der Brennstoffe mit flüssiger Oberfläche konnten mit einer zweiten Brennkammer mit deren Viskositätsmessungen korreliert werden. Eine exponentielle Näherung verbindet die Abbrandrate mit der Viskosität der entsprechenden Brennstoffe, unter den gemessenen Betriebsbedingungen. Diese Relation ermöglicht die Vorhersage der Abbrandrate neuer Brennstoffe allein durch die Messung ihrer Viskosität.