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Experimental Modeling of Alumina Particulate in Solid Booster: Final Report

Saile, Dominik und Allofs, Dirk und Kühl, Viktor und Riehmer, Johannes und Steffens, Lars und Gülhan, Ali und Beversdorff, Manfred und Förster, Wolfgang und Willert, Christian und Carlotti, Stefania und Maggi, Filippo und Liljedahl, Mattias und Wingborg, Niklas (2020) Experimental Modeling of Alumina Particulate in Solid Booster: Final Report. Projektbericht. DLR (Experimental Modeling of Alumina Particulate in Solid Booster: Final Report). Projektarbeit. German Aerospace Center. 872 S. (nicht veröffentlicht)

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Kurzfassung

The ESA-EMAP project (Saile et al., 2019) is dedicated to the experimental modeling of alumina particulates in solid boosters. The motivation roots in the uncertainty regarding the impact of the alumina particles emitted by the solid rocket motors (SRMs) of European launch systems on the ozone depletion in the stratosphere. This uncertainty needs to be addressed in the face of the expected growth and significantly increased number of rocket launchers as predicted in studies associated with the new space era. For this reason, the ESA-EMAP project focused on the experimental investigation of the particle formation processes and the quantification of the corresponding flow conditions by means of sub-scale tests. The particle formation was assessed from the combustion chamber throughout the nozzle to its final state as it would be expected in the atmosphere. These tests were executed with a solid rocket motor (SRM) mimicking a launch system and operating under flight-realistic conditions with an ambient flow. As it can be seen in fig. 1, this task was accomplished by integrating the rocket motor into a subsonic wind tunnel nozzle of the ’Vertical Test Section Cologne’ (VMK). Numerous measurement techniques were applied to capture the flow conditions and formation of the particles. In detail, the high-speed schlieren measurements were applied to capture the density gradients and the topology of the jet. Spectroscopic measurement methods such as UV-Vis spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, alumina emission measurement shed light on the exhaust gas composition and temperature distribution of the jet. The velocity was captured by means of particle image velocimetry, direct image particle size determination, and laser-2-focus (fig. 2). The heat release from the jet was assessed with a Gardon gauge and infrared thermography. Finally, the particle size (fig. 5) was quantified by means of measurements with an aerodynamic particle sizer and rocket plume collector (Maggi et al., 2020). In summary, a vast data base on solid rocket exhaust plume was generated. At three different planes along the path line of the particles, there is now information available on the particle size, the particle velocity, the temperature distribution, the density gradient distribution, and the gas composition of the plume. That data base provides a foundation for further analytical explorations and provides the opportunity to validate models associated with the physics of solid rocket exhaust plumes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136755/
Dokumentart:Berichtsreihe (Projektbericht, Projektarbeit)
Titel:Experimental Modeling of Alumina Particulate in Solid Booster: Final Report
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Saile, DominikDominik.Saile (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4631-2072NICHT SPEZIFIZIERT
Allofs, DirkDirk.Allofs (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3776-1853NICHT SPEZIFIZIERT
Kühl, ViktorViktor.Kuehl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-6342-667XNICHT SPEZIFIZIERT
Riehmer, JohannesJohannes.Riehmer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steffens, LarsLars.Steffens (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2561-0687NICHT SPEZIFIZIERT
Gülhan, AliAli.Guelhan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4905-5881NICHT SPEZIFIZIERT
Beversdorff, Manfredmanfred.beversdorff (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Förster, WolfgangWolfgang.Foerster (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Willert, ChristianChris.Willert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1668-0181NICHT SPEZIFIZIERT
Carlotti, Stefaniastefania.carlotti (at) polimi.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Maggi, Filippofilippo.maggi (at) polimi.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liljedahl, Mattiasmattias.liljedahl (at) foi.seNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wingborg, NiklasSwedish Defence Research Agency (FOI), Tumba, SwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2020
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Seitenanzahl:872
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:solid propellant, SRM, particles, exhaust plume, hot jet, experiments, alumina
Institution:German Aerospace Center
Abteilung:Supersonic and Hypersonic Technologies Department
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 - Raumfahrzeuge Entwurf, Systemanalyse, Simulation, Messtechnik (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Über- und Hyperschalltechnologien, KP
Hinterlegt von: Saile, Dominik
Hinterlegt am:25 Nov 2020 14:56
Letzte Änderung:01 Okt 2022 03:00

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