Optimierung eines neuartigen Injektors für kryogene Raketentriebwerke

Kurzfassung

Beim DLR Lampoldshausen werden alternative Werkstoffe für den Einsatz in Raketentriebwerken untersucht. Dabei wird insbesondere die Verwendung poröser Faserkeramik in effusionsgekühlten Brennkammern angedacht, die mit der kryogenen Treibstoffkombination Flüssigsauerstoff (LOX)/Wasserstoff betrieben werden. Da diese auf C/C basierenden Werkstoffe äußerst empfindlich auf eine sauerstoffreiche Atmosphäre reagieren, muss ein direkter Kontakt mit Flüssigsauerstoff im Betrieb vermieden werden. Dies erfordert eine Modifizierung bisher verwendeter Injektionskonzepte. Die im Allgemeinen in LOX/H₂-Triebwerken verwendeten Koaxialinjektoren weisen in diesem Zusammenhang verschiedene Nachteile auf. Unter anderem für einen solchen Einsatz in effusionsgekühlten Triebwerken wird ein Injektionskonzept mit porösen Elementen entwickelt. Durch den Einsatz poröser Materialien kann die mittlere Einspritzgeschwindigkeit drastisch reduziert werden. Mit dem neuartigen Injektionskonzept wird der Treibstoff besonders homogen in die Brennkammer eingebracht, was zu einer gleichmäßigen Verbrennung führt. Die hohen Temperaturunterschiede, die besonderen thermodynamischen Randbedingungen und die speziellen Konstruktionsmerkmale erfordern dabei eine genaue Charakterisierung des eingesetzten Materials. Die verwendete Sinterbronze wurde in der vorliegenden Untersuchung hinsichtlich der mechanischen Festigkeit charakterisiert. Zudem wurden in umfangreichen Tests die Permeabilitätskonstanten bestimmt, um den zu erwartenden Druckverlust bei Durchströmung vorhersagen zu können.