Interaktion von Aerospike-Düsenströmungen mit Außenströmungen

Trägerraketen haben die Funktion Satelliten in einen stabilen Erdorbit zu befördern. Dabei ist ein effizienter und sicherer Transport sowohl aus ökonomischen, als auch ökologischen Gesichtspunkten besonders wichtig. Die typischerweise verbauten Schubdüsen haben eine Glockenform, welche für ein bestimmtes Druckverhältnis zwischen Düse und Umgebung ausgelegt sind. Im Verlauf der Flugtrajektorie ändert sich jedoch dieses Verhältnis, was zu nicht-idealen Betriebspunkten führt, in denen Über- oder Unterexpansion des Antriebsstrahls zu reduzierter Schubeffizienz, und Strömungsablösungen zu erhöhten mechanischen Lasten führen können.

Bei der so genannten Aerospike-Düse expandiert der Treibstrahl nicht gegen eine äußere Glockenkontur, sondern gegen den Umgebungsdruck, wodurch sie im überexpandierenden Fall theoretisch in der Lage ist, den Treibstrahl in Richtung des optimalen Betriebspunkts anzupassen. Sie kommt hierbei ohne bewegliche Elemente und erzwungene Strömungsablösungen aus.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens soll es sein, die Strömung einer Modell-Aerospike-Düse in Kombination mit Außenströmung experimentell zu untersuchen. Hierbei werden im Trisonischen Windkanal München (TWM) Außenströmungen im Machzahlbereich von 0.3 bis 3.0 realisiert. Mithilfe von Schlieren-, PIV- und Ölanstrich-Versuchen sollen auftretende gasdynamische Phänomene unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Düse identifiziert und sichtbar gemacht werden. Im weiteren Verlauf des Projektes soll zusätzlich das Strömungsverhalten einer Aerospike-Düse mit gekürztem Düsenkern untersucht werden, was eine äußerst relevante Anpassung darstellt, da die volle Länge des Kerns nur wenig zum Schub, dafür aber signifikant zur Masse und Fertigbarkeit beiträgt. Darüber hinaus ist die Modifikation des Düsenaustritts in Form von Düsenclustern Teil des Projektvorhabens. Hierdurch soll die Strömung bei einer modellierten Schubvektorsteuerung erforscht werden.

 

Partner:

  • N.N.

 

Bearbeiter:

  • Paul Wißmann M. Sc.

 

Fördergeber:

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft

 

Veröffentlichungen:

  • N.N.