Experimentelle Untersuchungen zur Filmkühlung in Raketenbrennkammern (PDF)

In hochbelasteten Raketenantrieben kann durch den Einsatz von Filmkühlung eine signifikante Reduzierung der thermischen und strukturellen Belastungen bei einem gleichzeitig akzeptablen Leistungsverlust erfolgen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Effektivität der Filmkühlung in einer mit der Treibstoffkombination Flüssigsauerstoff (LOX) / gasförmiger Wasserstoff (GH2) betriebenen Modellraketen-brennkammer untersucht. Im Hinblick auf aktuelle Erststufenantriebe wie das Vulcain 2-Triebwerk der europäischen Trägerrakete Ariane 5 wurden Brennkammerdrücke bis zu 120 bar verwirklicht. Die Effektivität des ausgeblasenen Kühlfilms wurde sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung bestimmt, wobei neben Oberflächenthermoelementen auch Wandthermoelemente zum Einsatz gekommen sind. Der Einfluss typischer Parameter der Filmkühlung wie Ausblaserate, Geschwindigkeitsverhältnis und Schlitzhöhe wurde bei Vulcain 2-ähnlichen Betriebsbedingungen erforscht. Zwei unterschiedliche Filmleger sind für die vorliegenden Untersuchungen entwickelt und gebaut worden, um einen Kühlfilm sowohl in Injektornähe als auch am Beginn des Düsensegments vor dem engsten Querschnitt auszublasen. Sämtliche experimentellen Untersuchungen wurden dabei am europäischen Forschungs- und Technologieprüfstand P8 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Lampoldshausen durchgeführt.