Weiterentwicklung und Analyse eines LOX/Propylen getriebenen ringförmigen Aerospike-Triebwerks der 20.000 lbf (90kN) Schubklasse

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jan-Hendrik Meiß
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 213994845

Die heutzutage weit verbreiteteste Düsengeometrie kommerzieller Trägerraketen ist die klassische Glockendüse, die einen einfachen Aufbau und ein gut vorhersagbares Strömungsverhalten besitzt. Jedoch liefert die Düse nur in einem Punkt der Aufstiegsbahn optimalen Schub und kann nur eingeschränkt in das Trägersystem integriert werden. Dies ist ein Hauptgrund, warum Glockendüsen kaum bei der Entwicklung neuer wiederverwendbarer Systeme berücksichtigt werden. Demgegenüber passt sich der Jet eines Aerospike-Triebwerks selbstständig an den Umgebungsdruck an und ermöglicht so eine optimale Schuberzeugung entlang der gesamten Aufstiegsbahn. Darüber hinaus ermöglicht sein kompaktes Design eine optimale Integration in das Gesamtsystem, wodurch der Heckwiderstand reduziert wird. Weitere Vorteile sind geringere Masse und Volumen sowie eine einfache Schubvektorsteuerung.Allerdings führt das Aerospike-Triebwerk komplexe Strömungsstrukturen wie dreidimensionale Wechselwirkungen zwischen einzelnen Schubdüsen, deren Wechselwirkung mit der Nachlaufströmung im Bereich des Jets und Ablösegebiete ein. Die Vorhersage dieser Strukturen ist notwendig zur Bewertung des Triebwerks und dessen Potenzial zur Weiterentwicklung sowie zur Sicherstellung eines sicheren Betriebs.Der Inhalt des Forschungsvorhabens ist die Optimierung des Designs und die Analyse eines aus mehreren Schubkammern bestehenden, LOX/Propylen getriebenen, ringförmigen Aerospike-Triebwerks der 20.000 lbf (90kN) Schubklasse. Neben dem grundlegenden Design stellen numerischen Strömungsanalysen der Schubkammern und des Gesamttriebwerks bei transsonischer Anströmung ein zentrales Element dar. Einen Schwerpunkt bildet die Untersuchung der Höhenkompensation und der Wechselwirkung der transsonischen Anströmung mit der Düsenströmung, deren quantitative Bestimmung entscheidend für die Einstufung des Triebwerks in einen höheren Technologie-Reifegrad ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Eric Besnard, Ph.D.