Der Oberflächenspannungstank hat die Aufgabe, für Raumfahrtgeräte wie Raketenstufen und Satelliten Treibstoffe unter Weltraumbedingungen zu lagern und bei Bedarf diese Treibstoffe blasenfrei dem Antriebssystem zur Verfügung zu stellen. Der Tank basiert im wesentlichen auf der Oberflächenspannung (Kohäsion) und auf dem Benetzungsverhalten der Treibstoffe zu Metallen. Die fluiden Medien Gas und Treibstoff im Tank bilden durch ihre Oberflächenspannung eine Trennschicht/Fläche. Die wesentlichen Komponenten des Tanks sind Siebe und kapillare Führungsflächen (Vanes). Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Analyse (Theorie und Experiment) der Tanks für den Einsatz in Raumfahrzeugen und die dazugehörige mathematische Modellierung mit Verifikationsnachweis durchzuführen. Die Bestimmung der Grenzflächenstabilität zwischen Flüssigkeiten und Gas und somit die Lage und das Volumen der Treibstoffe in Behältern unter reduzierter Gravitation erfolgte durch Berechnung der Gleichgewichtskonfigurationen der Grenzfläche für verschiedene mögliche Lagen und Beschleunigungen. Durch Vergleich der verschiedenen Gleichgewichtskonfigurationen wurde die Stabilität der Grenzfläche ermittelt. Die mathematische Modellierung der Strömungsbewegung zur Förderung von Treibstoffen erfolgte mittels der Bernoullischen Gleichung bzw. der Impulsbilanz, wobei das Hauptproblem darin bestand, die Randbedingungen entsprechend zu formulieren um die Differentialgleichungen aufzustellen und zu lösen. Die experimentellen Untersuchungen wurden größtenteils im Fallturm durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der dreidimensionalen Grenzfläche stellten die Basis für ein neues Verfahren dar. Durch numerische Näherung und Extrapolation eines zweidimensionalen Verfahrens wurde dieses Näherungsverfahren validiert und bei der Auslegung von Oberflächenspannungstanks angewendet. Zusätzlich wurde die kapillare Pumpwirkung mathematisch beschrieben und angewendet. Der reale Einsatz der entwickelten Tanks im regulären Betrieb im Weltraum bestätigte die Richtigkeit der theoretischen und experimentellen Nachweise.


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    Titel :

    Treibstoffhandhabung in Oberflächenspannungstanks unter reduzierter Schwerkraft


    Beteiligte:
    Netter, G. (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    1999


    Format / Umfang :

    206 Seiten, Bilder, Tabellen, 64 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch






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