F. Strauss, C. Manfletti, S. Schlechtriem

Weltweit wird zunehmend an alternativen, nachhaltigen und effizienten Antriebssystemen für Luft- und Raumfahrtanwendungen geforscht. Dabei wird ein Fokus auch auf die Staustrahltriebwerke mit Überschallverbrennung, sogenannte Supersonic Combustion Ramjets (SCRamjets), gelegt. Eine Herausforderung dieser Antriebssysteme liegt, neben der kurzen Aufenthaltsdauer des Brennstoffs in der Brennkammer, insbesondere bei deren effizienten und ausreichenden Kühlung. Ein vielversprechendes Kühlverfahren für solch thermisch hochbelastete Triebwerke stellt dabei die sogenannte Transpirationskühlung dar. Bei diesem Verfahren strömt Kühlfluid mit einem Phasenübergang zwischen flüssig und gasförmig aus einer porösen Wand in die Heißgasströmung des Triebwerks ein. Durch eine Anwendung der Transpirationskühlung wäre eine besonders gleichmäßige und flächige Verteilung des Kühlfluids in den Bereichen höchster thermischer Belastung bei gleichzeitig niedrigen Temperaturen in der Triebwerksstruktur erreichbar. Das Institut für Raumfahrtantriebe des DLR in Lampoldshausen baut zurzeit einen Prüfstand für Strömungsuntersuchungen an einem transpirativ gekühlten SCRamjet-Forschungskanal mit Grenzschichtverbrennung auf. Sowohl der Prüfstand, als auch der Forschungskanal werden im Detail vorgestellt und zukünftiger Forschungsbedarf wird konkretisiert.

Worldwide, research is increasingly focused on alternative, sustainable, and efficient propulsion systems for aerospace applications. A key focus is on supersonic combustion ramjets (SCramjets). Besides the short fuel residence time in the combustion chamber, a particular challenge for these propulsion systems lies in their efficient and sufficient cooling. Transpiration cooling represents a promising cooling method for such thermally stressed engines. In this process, a cooling fluid undergoing a phase transition between liquid and gaseous states flows from a porous wall into the hot gas flow of the engine. By employing transpiration cooling, a particularly uniform and even distribution of the cooling fluid in the areas of highest thermal stress, combined with low temperatures within the engine structure, could be achieved. The DLR Institute of Space Propulsion in Lampoldshausen is currently constructing a test rig for flow investigations on a transpiratively cooled SCramjet research channel with boundary layer combustion. Both the test rig and the research channel will be presented in detail, and future research needs will be specified.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2015, Rostock

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2015

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 6 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201512113085

Scramjet, Transpirationskühlung

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11.12.2015