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Modelling thermoacoustic stability of cryogenic rocket engines with novel acoustic network model elements

de Jong Cantarino, Nicolas und Armbruster, Wolfgang und Hardi, Justin und Börner, Michael und Martin, Jan und Zandbergen, Barry (2025) Modelling thermoacoustic stability of cryogenic rocket engines with novel acoustic network model elements. Symposium on Thermoacoustics in Combustion: Industry meets Academia (SoTiC 2025), 2025-09-08, Trondheim, Norway.

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3MB

Kurzfassung

Reliable and computationally efficient prediction capabilities for combustion instabilities in liquid propellant rocket combustion chambers are still rare. This study uses a low-order tool based on the well-known acoustic network model principle to map the stability limits of two different research rocket combustors with different cryogenic propellant combinations. New elements were derived capable of describing any isentropic background flow field in a contoured chamber, resolving acoustic chamber modes in three dimensions, and supporting distributed flame response models. Furthermore, an improved boundary condition element for the sonic throat of a rocket nozzle was implemented. The new network elements were benchmarked against two different research rocket combustion chambers, one single injector experiment using liquid oxygen and natural gas, exhibiting longitudinal mode instabilities and one multi-element thrust chamber with transverse mode instabilities. The acoustic resonant frequencies are predicted with an average error of less than 5% for both cases. The tool is capable of predicting stability based on classical time lag and gain parameters applied to the new distributed flame model. The resulting stability maps are consistent with the benchmark cases for flame response time lags which are close to those reported in literature from CFD simulations and experiments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217041/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Modelling thermoacoustic stability of cryogenic rocket engines with novel acoustic network model elements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
de Jong Cantarino, Nicolasnicolasq.dejongcantarino (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Armbruster, WolfgangWolfgang.Armbruster (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4859-4173NICHT SPEZIFIZIERT
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
Börner, MichaelMichael.Boerner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3441-2869NICHT SPEZIFIZIERT
Martin, JanJan.Martin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5050-2506NICHT SPEZIFIZIERT
Zandbergen, BarryDelft University of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 September 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoacoustics, Acoustic Network Model, Liquid Propellant Rocket Engine
Veranstaltungstitel:Symposium on Thermoacoustics in Combustion: Industry meets Academia (SoTiC 2025)
Veranstaltungsort:Trondheim, Norway
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:8 September 2025
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 - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebstechnologie
Hinterlegt von: Armbruster, Wolfgang
Hinterlegt am:02 Okt 2025 07:36
Letzte Änderung:02 Okt 2025 07:37

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