B. Kniesner, M. Frey, O. Knab

Experimentelle Untersuchungen an mehreren Raketenmotoren zeigen eine deutliche Steigerung der integralen Wärmelast an die Brennkammerwand mit zunehmender Brenndauer, was auf eine Vergrösserung der Wandrauhigkeit schliessen lasst. Rauhigkeitsmessungen bestätigen dies und zeigen ausserdem, dass diese Vergrösserung lokal sehr unterschiedlich ausfällt. Als einer der Haupteinflussparameter ist neben dem Material der Brennkammer das vorliegende Wandtemperaturniveau zu nennen. Zur Bestimmung des Einflusses unterschiedlicher Wandrauhigkeiten auf den Wärmestrom und damit die Wandtemperatur in Raketenbrennkammern wird bei ASTRIUM Space Transportation der Mehrphasen-Navier-Stokes-Löser Rocflam-II verwendet. Innerhalb dieses rotationssymmetrischen Berechnungsprogramms wird bei zunehmender Rauhigkeit mit Hilfe der dimensionslosen Grösse Aµ die Dämpfungsfunktion der turbulenten Viskosität im verwendeten 2-Schichten k-epsilon Modell reduziert. Die im Betrieb der Brennkammern auftretende zeitliche und örtlich unterschiedliche Rauhigkeitsentwicklung wird zum jeweiligen Zeitpunkt mittels lokal variablen Aµ - Faktoren abgebildet. Zur Bestimmung dieser Faktoren werden die oben erwähnten experimentellen Ergebnisse verwendet. Die anschliessende Simulation mehrerer Raketenbrennkammern zeigt gegenüber früheren Simulationen, bei welchen die örtliche und zeitliche Rauhigkeitsentwicklung nicht berücksichtigt wurde, deutlich veränderte Wandtemperaturen. Eine Berücksichtigung der Rauhigkeitsentwicklung in Raketenbrennkammern stellt sich damit als essentiell fur eine korrekte Lebensdauerberechnung dar.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2010

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 8 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2010, 2010, ; S.1061-1068; 2010; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

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2010