Thermo-mechanische FE-Simulation eines C/C-SiC Scramjet Demonstrators

Abstract

Im Rahmen des Graduiertenkolleg 1095 der Deutsches Forschungsgemeinschaft (DFG) wird ein Scramjet-Demonstrator ausgelegt. In einem Versuch mit einer Höhenforschungsrakete soll dieser Demonstrator getestet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen Demonstrator einer thermo-mechanischen FE-Simulation zu unterziehen. Hierfür waren die Geometrie der Strömungsröhre, Trajektorien- und Lastdaten aus vorangegangenen Untersuchungen gegeben. Für den geplanten Einsatz von C/C-SiC wurde ein Integrations-, Montage- und Lagerkonzept vorgeschlagen. Diese wurden in einem FE-Modell zusammengefasst und der Wiedereintritt simuliert. Dabei hat sich erwiesen, dass eine Minimallagerung der keramischen Strukturen zwingend notwendig ist. Aus den ersten Simulationen wurde ein optimiertes Modell entwickelt, das in den Phasen Start, Aufstieg und Wiedereintritt in die Atmosphäre simuliert wurde. Die Modelle von Kontakten und dem Material wurden dabei verfeinert. Dabei wurde gezeigt, dass die konstruierte Minimallagerung für die Bauteile aus der vorgeschlagenen Faserkeramik C/C-SiC funktionstüchtig ist. Die vorgelegte Konstruktion hält den Lasten stand und ist damit für den geplanten Einsatz geeignet.