Untersuchung injektorgekoppelter Verbrennungsinstabilitäten in einer kryogenen Raketenbrennkammer

Kurzfassung

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der Flammen-Akustik-Interaktion der Injektorkopplung in einer LOX/H2-Forschungsbrennkammer durch 2D-Flammenvisualisierungen im injektornahen Bereich. Die Flammendynamik wurde mittels Dynamic Mode Decomposition untersucht. Dabei ergaben sich symmetrische, longitudinale Intensitätsverteilungen als Antwort auf die Injektormoden. Eine Rekombination der DMDModen mit dem zeitlich gemittelten Bild der blauen Strahlung zeigt, dass symmetrische, wellenartige Strukturen auf dem Sauerstoff-Strahl vorliegen. Dies lässt sich durch periodische Sauerstoff-Massenstromfluktuationen erklären und ist somit im Einklang mit dem Anregungsmechanismus nach Gröning. Die Analyse der Phasenlage zwischen der OH*- Strahlung und der 1T-Mode ergab, dass berechnete Rayleigh-Indizes konsistent zum Stabilitätsverhalten sind. In der OH*-Strahlung wurde außerdem ein weiteres dynamisches System identifiziert, dessen Frequenzen mit den Sauerstoff-Strömungsgeschwindigkeiten korrelieren. Ein hydrodynamischer Effekt am Einlauf der Injektoren erzeugt dabei periodische Wirbel, welche die Injektorakustik verstärken können. Somit besteht nun ein umfassendes Verständnis des Anregungsmechanismus in BKD. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen konnten Konstruktionsvorschläge der Injektoreinlaufblende zur Reduktion des Risikos injektorgekoppelter, hochfrequenter Verbrennungsinstabilitäten abgeleitet werden.