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Thrust enhancement in aerospike nozzles through the generation of a compression corner

Serrato, Juan und Abanteriba, Sylvester und Stark, Ralf und Hardi, Justin und van Schyndel, Jan und Esch, Thomas (2025) Thrust enhancement in aerospike nozzles through the generation of a compression corner. In: 76th International Astronautical Congress (IAC 2025). 76th International Astronautical Congress (IAC 2025), 2025-09-29 - 2025-10-03, Sydney, Australien.

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705kB

Kurzfassung

The aerospike nozzle has long been recognised as a promising alternative to conventional bell-shaped nozzles due to its altitude-compensating capability. Classical design methods, such as the Angelino and Lee–Thomson techniques, use the method of characteristics and expansion fan theory to generate smooth, shock-free plug contours at design conditions. Thrust-optimised approaches, like Rao’s method, build on these principles by employing the calculus of variations to generate contours that maximise thrust performance. This study investigates the modification of the Rao method by introducing greater concavity in the initial plug section, creating a compression corner that generates a local recompression and a shock–expansion system. Computational simulations predicted a thrust gain of up to 18% compared with the baseline Angelino (ideal) contour. To validate these findings, a cold-flow test campaign was conducted in the high-altitude simulation chamber (HASC) P6.2 at DLR Lampoldshausen. Two nozzle models, based on Angelino's and a modified Rao's contour, were tested across a range of nozzle pressure ratios. The experimental results show good agreement with CFD predictions, confirming the thrust enhancement of the modified contour. However, RANS-based models consistently overestimated the wall pressure immediately downstream of the compression corner. These results demonstrate that aerospike nozzle performance can be further enhanced by introducing a compression corner in the initial contour section.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218855/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Thrust enhancement in aerospike nozzles through the generation of a compression corner
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Serrato, JuanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Abanteriba, SylvesterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stark, RalfRalf.Stark (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1923-1901NICHT SPEZIFIZIERT
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
van Schyndel, JanJan.vanSchyndel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4190-0377196794730
Esch, ThomasThomas.Esch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5868-9045NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:76th International Astronautical Congress (IAC 2025)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aerospike nozzle, altitude compensation, cold-flow test, vacuum chamber, compression corner
Veranstaltungstitel:76th International Astronautical Congress (IAC 2025)
Veranstaltungsort:Sydney, Australien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:29 September 2025
Veranstaltungsende:3 Oktober 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: Stark, Dr.-Ing. Ralf
Hinterlegt am:13 Nov 2025 08:00
Letzte Änderung:13 Nov 2025 08:00

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