Analyse und Bewertung horizontal startender Raumtransportsysteme:
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 12]
242 |
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| Beschreibung: | Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 1994 |
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| adam_text | Titel: Analyse und Bewertung horizontal startender Raumtransportsysteme
Autor: Janovsky, Rolf
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis Bezeichnungen vm 1. Einleitung 1 2. Problemstellung und Zielsetzung 12 3. Beschreibung der SiHmlationsverfahren und Modelle 17 3.1 Referenzkonfigurationen............................................................................17 3.2 Flugbahnsimulation..................................................................................21 3.3 Referenzflugbahn....................................................................................26 3.4 Ermittlung der aerodynamischen Beiwerte........................................................28 3.4.1 Beschreibung der erforderlichen Beiwerte.............................................29 3.4.2 Validierung der theoretischen Verfahren...............................................30 3.4.3 Reibungswiderstandsbeiwert.............................................................31 3.4.4 Auftriebsbeiwert und induzierter Widerstandsbeiwert im Unterschallbereich......33 3.4.5 Vergleich mit experimentellen Ergebnissen für ELAC-I
und die ....................34 NASA-Konfiguration im Unterschallbereich 3.4.6 Auftriebsbeiwert und auftriebsabhängiger Widerstandsbeiwert.....................37 im Überschallbereich 3.4.7 Auftriebsunabhängiger Widerstandsbeiwert im Überschallbereich..................39 3.4.8 Vergleich von Beiwerten für die NASA-Konfiguration mit experimentellen.......41 Ergebnissen im Überschallbereich 3.4.9 Auftrieb und Widerstand im Bereich 0,8 M 1,2...................................46 3.4.10 Vergleich von Beiwerten für die NASA-Konfiguration mit experimentellen.......46 Ergebnissen im Bereich 0,8 M 1,2 3.4.11 Bewertung der verwendeten Verfahren zur Ermittlung der...........................49 aerodynamischen Beiwerte 3.4.12 Aerodynamikmodell für ELAC-I.........................................................49 3.5 Verfahren zur Bestimmung der Fahrzeugleermasse..............................................52 3.5.1 Ermittlung der Rumpfmasse..............................................................53
3.5.2 Massen von Tanks und Wärmeschutzsystem...........................................57 3.5.3 Masse der Subsysteme....................................................................58 3.6 Antriebsmodell........................................................................................60 3.6.1 Beschreibung der luftatmenden Antriebskonzepte.....................................60 3.6.1.1 TLN-Ram.........................................................................64 3.6.1.2 TLNK-Ram......................................................................65 3.6.1.3 ZTLN-Ram.......................................................................66 3.6.1.4 TLN-Ram-Scram................................................................67 3.6.1.5 TR-Ram...........................................................................67 V
3.6.2 Annahmen und Triebwerksparameter....................................................69 3.6.2.1 Antriebsintegration....................................................:.........69 3.6.2.2 Triebwerksparameter............................................................70 3.6.3 Modelle für die Antriebskonzepte........................................................72 3.6.3.1 Einfluß des Anstellwinkels auf den TLN-Antrieb...........................72 3.6.3.2 Einfluß des Anstellwinkels auf den Staustrahlantrieb.......................74 3.6.3.3 Modelle für den bezogenen Schub und den spezifischen ..................76 Treibstoffverbrauch 3.6.4 Massenmodelle für den luftatmenden Antrieb..........................................81 3.6.5 Raketenantrieb..............................................................................83 4. Vergleich horizontal startender RTS 84 4.1 Ergebnisse der Simulation...........................................................................86 4.2 Leermassenanteil
der Oberstufe.....................................................................95 4.3 Leermassenanteil der Grundkonzepte: Einstufer und Unterstufe..............................100 4.4 Tankvolumen und Volumenausnutzung....................................... 107 4.5 Bewertung der ein- und zweistufigen Grundkonzepte.........................................108 4.6 Vergleich der zweistufigen, bis M=7 und M=12 luftatmend..................................110 angetriebenen Grundkonzepte 5. Analyse und Bewertung von Fahrzeug- und Missionsparametern 116 5.1 Leermassenanteil der Oberstufe...................................................................118 5.2 Relative Dicke der Unterstufe.....................................................................120 5.3 Startflächenbelastung der Unterstufe.............................................................123 5.4 Pfeilung/Streckung der Unterstufe................................................................125 5.5 Schub-Gewichtsverhältnis
der Unterstufe beim Start..........................................127 5.6 Schub-Gewichtsverhältnis der Unterstufe im Auslegungspunkt..............................129 5.7 Auslegungsmachzahl der Unterstufe.............................................................131 5.8 Aufschwungmanöver der Unterstufe.............................................................132 5.9 Stufungsbahnwinkel................................................................................134 5.10 Schub-Gewichtsverhältnis der Oberstufe........................................................134 5.11 Spezifischer Impuls der Oberstufe................................................................136 5.12 Optimierung der Unterstufe........................................................................137 5.13 Luftatmendes Antriebssystem.....................................................................140 5.13.1 Vergleich der Turbotriebwerke.........................................................141 5.13.2 Staustrahlantriebssystem mit Unterschallverbrennung..............................148 6. Sicherheit und Zuverlässigkeit horizontal startender RTS 155 6.1 Triebwerksausfall in der Flugphase mit luftatmendem Antrieb................................160 6.1.1 Triebwerksausfall in der Startphase...................................................161 6.1.2 Triebwerksausfall bei M=2,9 und M=7...............................................161 6.2 Bergung der Oberstufe bei Versagen des Hauptantriebs.......................................163 6.3 Ermittlung der Verlustrate der Unterstufe........................................................165 VI
7. Wärmebelastung und Auslegung des Wärmeschutzsystems 170 7.1 Wärmeübertragung auf eine ebene Platte.........................................................173 7.1.1 Gleichgewichtstemperatur der ebenen Platte..........................................180 7.2 Wärmeübertragung im Staupunkt.................................................................184 7.2.1 Gleichgewichtstemperatur in der Staulinie............................................188 7.3 Einfluß der Wärmeleitung und Dimensionierung des Wärmeschutzsystems................192 7.4 Auslegung des Wärmeschutzsystems für die Referenzkonfiguration.........................198 7.4.1 Dicke des Wärmeschutzsystems........................................................199 7.4.2 Temperaturverteiluhg.,.^................................................................201 7.5 Kühlungskapazität-r.r. ..............................................................................205 8. Einfluß der Modelltoleranzen....................................................................207 9. Zusammenfassung 211 Anhang 216 Anhang zu Kapitel 3.5....................................................................................216 Anhang zu Kapitel 3.6....................................................................................218 Literaturverzeichnis 224 vn
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