Experimentelle Untersuchung und Modellierung von Abgasstrahlen aus Kleintriebwerken in der Kryo-Vakuum-Anlage STG

Abstract

Die Beaufschlagung der Oberflächen eines Raumfahrzeugs durch die Abgasstrahlen der Steuertriebwerke kann durch Störkräfte, unzulässige Wärmelast und Kontamination zur Beschädigung und so zu einer Verminderung der Lebensdauer führen, so dass eine bestmögliche Reduzierung dieser Effekte notwendig ist. Die rechnerische Behandlung des Abgasstrahls gestaltet sich jedoch äußerst schwierig, da unterschiedliche Strömungsbereiche durchlaufen werden. Eine experimentelle Überprüfung von Rechenverfahren war in der Vergangenheit nur im Nahfeld (Kontinuum) möglich. In der vorliegenden Arbeit wurden zum einen Messungen im freimolekularen Strömungsbereich eines Abgasstrahls in der Kryo-Vakuum-Anlage STG mit einer Teilchenflusssonde (Patterson-Sonde) und zum anderen Pitotdruckmessungen am Düsenaustritt durchgeführt. Die Messergebnisse wurden erstmals zur Überprüfung des bestehenden DLR-Strahlmodells herangezogen, eine befriedigende Übereinstimmung ließ sich jedoch nicht erreichen. Aus diesem Grunde wurde ein eigenes Rechenverfahren entwickelt, welches den Einfluss der wesentlichen Parameter besser wiedergibt und die Berechnung wichtiger Strömungsgrößen mit bedeutend geringeren Abweichungen zu den Messergebnissen ermöglicht.