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Reduced-Order Modelling of Wall Heat Flux in Rotating Detonation Rocket Combustors with One-Dimensional Coolant Coupling

Milo, Victor Petri und Armbruster, Wolfgang und Börner, Michael und Hardi, Justin (2026) Reduced-Order Modelling of Wall Heat Flux in Rotating Detonation Rocket Combustors with One-Dimensional Coolant Coupling. Aerospace, 13 (637). Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/aerospace13070637. ISSN 2226-4310.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.3390/aerospace13070637

Kurzfassung

Rotating detonation engines combine compact geometry with the potential for higher specific impulse compared to deflagration-based propulsion, enabled by pressure-gain combustion. However, their increased thermal loads present a major challenge. In the current literature, thermal characterisation of rotating detonation hardware relies either on experimental reconstructions or on high-fidelity simulations. A predictive and coolantcoupled low-order heat transfer model for rotating detonation rocket engines is not yet available in the open literature. This paper introduces such a reduced-order predictive tool for rotating detonation combustors, capable of estimating both cycle-averaged wall heat flux and coolant thermal behaviour. Implemented in Python, the tool supports any propellant available in NASA’s Chemical Equilibrium with Applications and CoolProp, handles single-phase thermodynamic regimes, and spans geometric and operating ranges from laboratory-scale test rigs to engine-relevant conditions. With computation times below one second, it enables rapid trade studies, model-based screening, and sensitivity analyses. Benchmarking was performed against experimental test cases covering H2/O2, CH4/O2 and C2H4/O2 mixtures, as well as multiple injector geometries and chamber configurations. The approach complements existing high-fidelity tools by offering a low-order alternative grounded in transparent assumptions and benchmarked against multiple datasets.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225690/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Reduced-Order Modelling of Wall Heat Flux in Rotating Detonation Rocket Combustors with One-Dimensional Coolant Coupling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Milo, Victor Petrivictor.milo (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Armbruster, WolfgangWolfgang.Armbruster (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4859-4173221454701
Börner, MichaelMichael.Boerner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3441-2869221454705
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Juli 2026
Erschienen in:Aerospace
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.3390/aerospace13070637
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2226-4310
Status:veröffentlicht
Stichwörter:rotating detonation rocket engines; cooling system; heat flux modelling
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
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DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - DRASTIC | Detonationsverbrennung für RaumfahrtAntriebsSysTeme: intensive Charakterisierung
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebstechnologie
Hinterlegt von: Armbruster, Wolfgang
Hinterlegt am:22 Jul 2026 13:13
Letzte Änderung:22 Jul 2026 13:13

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