Die Weiterentwicklung bestehender Trägerraketen bzw. die Neuentwicklung eines Nachfolgesystems der Ariane V basiert weiterhin auf der Verwendung von regenerativ gekühlten Flüssigkeits-Triebwerken. Im Bereich der Entwicklung eines Haupttriebwerks geht man von einer Zunahme des Brennkarmmerdrucks zur Leistungsteigerung aus. Die Genauigkeit der Bestimmung der Wärmestrombelastungen sowie der Wandtemperaturen ist maßgebend für die Zuverlässigkeit der Vorhersage der Lebensdauer der Brennkarnmerwandstruktur. Die Möglichkeit der Optimierung der Regenerativkühlung ist ebenso eine Frage der Genauigkeit der Modellierung der Kanalströmung und des Wärmeübergangs, sowie der Zeiteffizienz der eingesetzten Berechnungsverfahren. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit bestand deshalb in der Untersuchung von verfügbaren Berechnungsmethoden, welche zur Analyse des Wärmeübergangs und des Druckverlustes in Kühlkanälen von regenerativ gekühlten Brennkarnmerwandstrukturen zur Anwendung kommen können. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Id-Methode, löst die thermophysikalischen Bilanzgleichungen, welche entsprechend der Stromfadentheorie für die Erhaltung der Masse, des Impulses und der Energie formuliert wurden. Diese Methode beruht auf der Verwendung empirischer Modelle für den Wärmeübergang und Druckverlust innerhalb der Kühlkanalströmung. Das thermische Feld innerhalb der Wandstruktur wird durch Lösung der Wärmeleitungsgleichung mit Hilfe eines Finite Elemente Verfahrens bestimmt. Mit einem aus der ld-Strömung ermittelten kühlkanalseitigen Wärmeübergangskoeffizienten erfolgt die thermische Kopplung zwischen Kühlkanalströmung und Struktur. Heißgasseitige thermische Randbedingungen werden mittels empirischer Korrelationen, der Lösung der Grenzschichtgleichungen bzw. aus Experimenten abgeleitet. Diese Berechnungsmethode ist sehr zeiteffizient, jedoch auf Grund von Vereinfachungen und Idealisierung der komplexen physikalischen Vorgänge sehr ungenau, und kann deshalb nur für eine grobe Abschätzung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes im regenerativen Kühlsystem als Werkzeug herangezogen werden. Als zweites Verfahren steht die dreidimensionale Lösung der Navier-Stokes und der Energiegleichung zur Verfügung. Die thermische Fluid-Struktur Kopplung erfolgt mit Hilfe des konjugierten Wärmeübergangs. Als Folge des großen Zeitbedarfs kann dieses Verfahren rür eine Optimierung des Kühlsystems nicht herangezogen werden. Die Kühlkanalströmung wird hier dreidimensional aufgelöst. Turbulente Diffusion der thermischen Energie wird mit Hilfe von Turbulenzmodellen erfasst. Wandnahe Vorgänge werden mit Hilfe von Wandmodellen, welche von Plattenströmungen aus der Grenzschichttheorie abgeleitet wurden, modelliert.


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    Titel :

    Untersuchung des Wärmeübergangs in regenerativ gekühlten Schubkammern kryogener Raketentriebwerke


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    126 Seiten, Bilder, Tabellen, 96 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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