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Wall Heat Loads in a Cryogenic Rocket Thrust Chamber During Thermoacoustic Instabilities

Govaert, Thomas und Armbruster, Wolfgang und Hardi, Justin und Suslov, Dmitry und Oschwald, Michael und Zandbergern, Barry T. C. (2021) Wall Heat Loads in a Cryogenic Rocket Thrust Chamber During Thermoacoustic Instabilities. Journal of Propulsion and Power. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.B38304. ISSN 0748-4658.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.B38304

Kurzfassung

A subscale, research rocket thrust chamber operating with cryogenic oxygen and hydrogen exhibits self-excited transverse-mode instabilities with amplitudes of more than 80% of the steady combustion chamber pressure (peak-to-peak) for some operating conditions. During unstable combustion, an increase in the integral heat flux into the water-cooled combustion chamber walls of 20–40% with respect to stable conditions was experienced. A model was derived to predict changes in the axial heat flux profile considering only the dependence of flame length on the amplitude of transverse acoustic oscillations. The model predicts an increase in heat flux in the upstream part of the chamber by up to a factor of 7. This drastic increase is in agreement with past observations of rocket engine failures due to instabilities, in which the structural damage is commonly observed on the faceplate and the walls adjacent to the injection plane. The model also predicts a peak increase in integral heat flux of up to about 25%. While falling short of the peak experimental value of 40%, it nevertheless suggests that flame length is the dominant influence on the distribution of thermal loads in this study.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145838/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Wall Heat Loads in a Cryogenic Rocket Thrust Chamber During Thermoacoustic Instabilities
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Govaert, ThomasDLR Lampoldshausen, Institute of Space Propulsion, D - 74239, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Armbruster, WolfgangWolfgang.Armbruster (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4859-4173144893739
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
Suslov, DmitryDmitry.Suslov (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5160-9292NICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Zandbergern, Barry T. C.Delft University of Technology, NLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Juni 2021
Erschienen in:Journal of Propulsion and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.2514/1.B38304
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0748-4658
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cryogenic, rocket thrust chamber, thermoacoustic instabilities
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebssysteme
Hinterlegt von: Hanke, Michaela
Hinterlegt am:19 Nov 2021 08:22
Letzte Änderung:23 Okt 2023 09:10

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