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Laser ignition of a multi-injector LOX/methane combustor

Börner, Michael und Manfletti, Chiara und Hardi, Justin und Suslov, Dmitry und Kroupa, Gerhard und Oschwald, Michael (2018) Laser ignition of a multi-injector LOX/methane combustor. CEAS Space Journal, 10 (2), Seiten 273-286. Springer. doi: 10.1007/s12567-018-0196-6. ISSN 1868-2502.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1007/s12567-018-0196-6

Kurzfassung

This paper reports the results of a test campaign of a laser-ignited combustion chamber with 15 shear coaxial injectors for the propellant combination LOX/methane. 259 ignition tests were performed for sea-level conditions. The igniter based on a monolithic ceramic laser system was directly attached to the combustion chamber and delivered 20 pulses with individual pulse energies of $${33.2 \backslashpm 0.8 \backslash,\backslashtext{ mJ }}$$33.2±0.8mJ at 1064 nm wavelength and 2.3 ns FWHM pulse length. The applicability, reliability, and reusability of this ignition technology are demonstrated and the associated challenges during the start-up process induced by the oxygen two-phase flow are formulated. The ignition quality and pressure dynamics are evaluated using 14 dynamic pressure sensors distributed both azimuthally and axially along the combustion chamber wall. The influence of test sequencing on the ignition process is briefly discussed and the relevance of the injection timing of the propellants for the ignition process is described. The flame anchoring and stabilization process, as monitored using an optical probe system close to the injector faceplate connected to photomultiplier elements, is presented. For some of the ignition tests, non-uniform anchoring was detected with no influence onto the anchoring at steady-state conditions. The non-uniform anchoring can be explained by the inhomogeneous, transient injection of the two-phase flow of oxygen across the faceplate. This characteristic is verified by liquid nitrogen cold flow tests that were recorded by high-speed imaging. We conclude that by adapting the ignition sequence, laser ignition by optical breakdown of the propellants within the shear layer of a coaxial shear injector is a reliable ignition technology for LOX/methane combustors without significant over-pressure levels.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/123955/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Laser ignition of a multi-injector LOX/methane combustor
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Börner, MichaelMichael.Boerner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3441-2869NICHT SPEZIFIZIERT
Manfletti, ChiaraNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hardi, JustinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Suslov, DmitryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kroupa, GerhardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Februar 2018
Erschienen in:CEAS Space Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1007/s12567-018-0196-6
Seitenbereich:Seiten 273-286
Verlag:Springer
ISSN:1868-2502
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ignition, Laser ignition, LOX/CH4, Methane, Green propellants, Rocket engine
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
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DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Antriebsystemtechnik - Schubkammertechnologie (alt)
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Hinterlegt von: Börner, Dr. Michael
Hinterlegt am:30 Nov 2018 08:17
Letzte Änderung:21 Nov 2023 07:58

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