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Konstruktion einer keramischen Sub-Scale Raketenbrennkammer für die Kopplung verschiedener Kühlmethoden (Bachelorarbeit)

Siegler, Fabian (2018) Konstruktion einer keramischen Sub-Scale Raketenbrennkammer für die Kopplung verschiedener Kühlmethoden (Bachelorarbeit). Bachelor's. DLR-Interner Bericht. DLR-IB-BT-ST-2018-222.

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Abstract

Aufgrund der hohen thermischen Belastungen und der dafür erforderlichen Kühlung wird die Lebensdauer von Raketenbrennkammern durch Ermüdungsrissbildung in der Struktur stark begrenzt. Daher betreibt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt schon seit 1990 intensive Forschungen im Bereich der faserkeramischen Verbundwerkstoffe und dem Einsatz der Transpirationskühlung in keramischen Raketenbrennkammern. Darauf aufbauend werden im Sonderforschungsbereich Transregio 40 innovative Kühlmethoden für Raketenbrennkammern grundlegend untersucht und Messungen unter moderaten Wärmelasten in Heißgasversuchen unternommen. Diese dienen dazu bessere Modellbeschreibungen für die Kühlverfahren zu erlangen und sollen in einem Sub-Scale Experiment validiert werden. Für dieses Experiment wurde die hier vorgestellte Raketenschubkammer konstruiert, welche für einen verbrennunsgfreien Heißgasversuch am Prüfstand des Instituts für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt sowie einen Verbrennungsversuch am M3-Raketenprüfstand ausgelegt sein soll. Für die Konstruktion der Schubkammer wurden Bauweisen von Raketenschubkammern erarbeitet und als Grundlage für diese verwendet. Dabei wurde neben einer genauen Betrachtung der zentralen Bauteile, die üblichen Kühlmethoden mit einer ausführlichen Erklärung der Transpirationskühlung beschrieben. Diese wurde in früheren Kampagnen des DLR in Kombination mit Keramiken in Raketenschubkammern untersucht und erfolgreich getestet. Der Stand der Forschung des DLR in diesem Bereich wird ebenfalls gezeigt, da an die Erfahrungen des DLR im Bereich der keramischen Schubkammern in dieser Arbeit angeknüpft wurde. Für die Auslegung der Brennkammer wurden die 1-D Methoden zur Berechnung erläutert und die Funktionsweise des Rocket Propulsion Analysis Tool (RPA) erklärt. Darauf aufbauend konnte die thermodynamische Auslegung der Brennkammer erstellt werden, unter Bezug der Betriebsbedingungen am Heißgasprüfstand (HTF) des ITLR und M3- Raketenprüfstandes. Dabei wurden zuerst Eckdaten der Brennkammer mit 1-D Methoden bestimmt, bevor die genaue Kontur mit RPA dimensioniert wurde. Dafür wurde eine Skalierung von einem virtuellen Schubkammerdemonstrator übernommen. Die gesamte Schubkammer besitzt einen segmentierten Aufbau, wodurch die Kopplung verschiedener Kühlmethoden möglich ist. Ebenfalls ist durch die segmentweise Gestaltung der Schubkammer eine hohe Flexibilität vorhanden und es können bis zu vier unterschiedliche Werkstoffe gleichzeitig untersucht werden. Durch die Konstruktion zweier unterschiedlicher Flansche ist die Montage an den HTF-Kanal und M3-Prüfstand gewährleistet.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/124797/
Document Type:Monograph (DLR-Interner Bericht, Bachelor's)
Title:Konstruktion einer keramischen Sub-Scale Raketenbrennkammer für die Kopplung verschiedener Kühlmethoden (Bachelorarbeit)
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Siegler, FabianDLR BT RSIUNSPECIFIED
Date:November 2018
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Published
Keywords:transpiration cooling, combustion chamber, experimental
Institution:Universität Stuttgart
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Space
HGF - Program Themes:Space Transport
DLR - Research area:Raumfahrt
DLR - Program:R RP - Raumtransport
DLR - Research theme (Project):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Structures and Design > Space System Integration
Deposited By: Selzer, Markus
Deposited On:14 Dec 2018 10:05
Last Modified:14 Dec 2018 10:05

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