Untersuchung injektorgekoppelter Verbrennungsinstabilitäten in einer kryogenen Raketenbrennkammer: = Investigation of injection-coupled combustion instabilities in a cryogenic rocket thrust chamber
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Köln
DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
[2022]
|
| Series: | Forschungsbericht / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
2022-09 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Volltext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | xxiv, 251 Seiten Illustrationen 21 cm |
| DOI: | 10.57676/4dth-bn38 |
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| 502 | |b Dissertation |c Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen |d 2022 | ||
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
XIII
TABELLENVERZEICHNIS
XVIII
NOMENKLATUR
XIX
1.
EINLEITUNG
1
1.1.
ZIELSETZUNG
DIESER
DISSERTATION
.....................................................
3
1.2.
STRUKTUR
DER
ARBEIT
.......................................................................
4
2.
GRUNDLAGEN
5
2.1.
FLUESSIGKEITSRAKETENTRIEBWERKE
......................................................
6
2.1.1.
DIE
TREIBSTOFEKOMBINATION
LOX/H2
..............................
6
2.1.2.
BRENNKAMMER
UND
INJEKTORGEOMETRIEN
...........................
7
2.1.3.
UEBERKRITISCHE
FLUIDE
.........................................................
9
2.1.4.
UEBERKRITISCHE
LOX/H
2
-VERBRENNUNG
..................................
11
2.2.
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
.........................................................
13
2.2.1.
URSACHE
DER
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
........................
15
2.3.
AKUSTIK
IM
RAKETENTRIEBWERK
......................................................
18
2.3.1.
GRUNDLAGEN
DER
AKUSTIK
...................................................
18
2.3.2.
BRENNKAMMERAKUSTIK
..........................................................
21
2.3.3.
DIE
LT-MODE
.........................................................................
25
2.3.4.
INJEKTORAKUSTIK
......................................................................
27
3.
STAND
DER
FORSCHUNG
31
3.1.
HOCHFREQUENTE
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
....................................
31
3.1.1.
VORGEHEN
UND
ZIELE
DER
STABILITAETSFORSCHUNG
.....................
31
3.1.2.
INSTABILITAETEN
BEI
LOX/H2-VERBRENNUNG
...........................
33
3.1.3.
INJEKTORGEKOPPELTE
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
..............
38
3.1.4.
HYDRODYNAMISCHE
EFFEKTE
....................................................
40
3.1.5.
VERMEIDUNG
THERMOAKUSTISCHER
INSTABILITAETEN
..............
43
3.2.
STABILITAETSSTUDIEN
DER
BRENNKAMMER
BKD
....................................
46
3.2.1.
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
...........................................
47
3.2.2.
NUMERISCHE
ANALYSEN
..........................................................
50
3.3.
LOX/H2-FLAMMENSTRAHLUNG
............................................................
52
3.4.
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
DIESER
ARBEIT
....................................
57
INHALTSVERZEICHNIS
4.
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
59
4.1.
FORSCHUNGSPRUEFSTAND
P8
...................................................................
59
4.2.
FORSCHUNGSBRENNKAMMER
BKD
.......................................................
59
4.2.1.
INJEKTORGEOMETRIE-VARIATION
..................................................
61
4.2.2.
KONFIGURATION
FUER
OPTISCHE
UNTERSUCHUNGEN
......................
63
4.2.3.
BETRIEBSBEDINGUNGEN
..............................................................
64
4.3.
VERSUCHSABLAUF
..................................................................................
66
4.3.1.
TESTS
MIT
STATIONAEREN
LASTPUNKTEN
.....................................
66
4.3.2.
ROF-RAMPING
.......................................................................
68
4.3.3.
T//2-RAMPING
..........................................................................
68
4.3.4.
UEBERSICHT
DER
LOX/H2-STABILITAETSKAMPAGNEN
...................
69
4.4.
MESSTECHNIK
........................................................................................
70
4.4.1.
MESSRINGE
............................................................................
70
4.4.2.
STATIONAERE
MESSGROESSEN
...........................................................
72
4.4.3.
AKUSTISCHE
DRUCKSENSOREN
.....................................................
74
4.5.
OPTISCHE
DIAGNOSTIK
.....................................................................
75
4.5.1.
FASEROPTISCHE
SONDEN
...........................................................
75
4.5.2.
2D-FLAMMENVISUALISIERUNG
.....................................................
77
5.
METHODIK
DER
DATENAUSWERTUNG
81
5.1.
STANDARDVERFAHREN
DER
SIGNALANALYSE
..............................................
81
5.2.
MESSUNG
DER
LINEAREN
WACHSTUMSRATE
.............................................
83
5.3.
DRUCKFELDREKONSTRUKTION
...................................................................
85
5.3.1.
ANALYTISCHES
IT-REKONSTRUKTIONSVERFAHREN
.........................
85
5.3.2.
DRUCKFELD-INTERPOLATIONSVERFAHREN
........................................
86
5.3.3.
ANNAHMEN
ZUR
AXIALEN
DRUCKVERTEILUNG
............................
87
5.4.
DYNAMIC
MODE
DECOMPOSITION
(DMD)
..........................................
88
5.4.1.
MULTIVARIABLEN
DMD
..............................................................
92
5.5.
AKUSTISCHE
ANALYSEN
.........................................................................
94
5.5.1.
HELMHOLTZ-SIMULATIONEN
MIT
COMSOL
...............................
95
5.5.2.
AKUSTISCHES
NETZWERKMODELL
..................................................
96
6.
ANALYSE
DER
TYP
2
VERBRENNUNGSINSTABILITAET
IN
BKD
99
6.1.
VORSTELLUNG
DER
TYP
2-INSTABILITAET
...................................................
99
6.2.
EFFEKTE
WAEHREND
DER
INSTABILITAET
.....................................................
103
6.2.1.
STOERUNGEN
IM
INJEKTORKOPF
...................................................
103
6.2.2.
DRUCKFELDCHARAKTERISTIKA
......................................................
106
6.2.3.
ANSTIEG
DER
THERMISCHEN
LASTEN
IM
MESSRING
.................
116
6.3.
ANALYSE
DES
KOPPLUNGSMECHANISMUS
...........................................
118
7.
ANALYSE
DER
LOX-INJEKTORKOPPLUNG
127
7.1.
REPRODUZIERBARKEIT
DER
ANREGUNG
..................................................
127
INHALTSVERZEICHNIS
7.2.
FLAMMENTOPOLOGIE
..........................................................................
134
7.2.1.
EINFLUSS
DER
BETRIEBSBEDINGUNGEN
........................................
138
7.3.
FLAMMENDYNAMIK
........................................................................
141
7.3.1.
FLAMMENANTWORT
AUF
DIE
LOX-POST-AKUSTIK
...................
141
7.3.2.
FLAMMENANTWORT
AUF
DIE
BRENNKAMMER-IT-MODE
....
150
7.3.3.
2D-RAYLEIGH-INDEX
DER
IT-MODE
.....................................
151
7.3.4.
EXPERIMENTELLE
FLAMMEN-TRANSFER-FUNKTION
...................
157
7.4.
ANALYSE
DER
AKUSTISCHEN
ANREGUNGSQUELLE
DER
LOX-INJEKTOREN
.
158
7.4.1.
BRENNKAMMERRAUSCHEN
.......................................................
159
7.4.2.
KAVITATION
AN
DER
LOX-INJEKTORBLENDE
............................
160
7.4.3.
UNTERSCHIEDLICHE
VERBRENNUNGSMODI
IM
RECESS
.............
161
7.4.4.
VERBRENNUNGSDYNAMIK
IM
RECESS
.....................................
163
7.4.5.
HYDRODYNAMISCHE
EFFEKTE
IM
LOX-INJEKTORKOPF
...........
167
7.5.
VOLLSTAENDIGER
ANREGUNGSMECHANISMUS
........................................
173
8.
TECHNISCHE
LOESUNGEN
ZUR
VERMEIDUNG
EINER
INJEKTORKOPPLUNGLTT
8.1.
AUSLEGUNG
DER
LOX-DROSSELBLENDE
..............................................
177
8.2.
GEDAEMPFTE
INJEKTOREN
...................................................................
179
8.2.1.
EXPERIMENTELLE
UMSETZUNG
................................................
181
8.2.2.
WIRKUNG
DER
GEDAEMPFEN
INJEKTOREN
AUF
DIE
FLAMMEN
DYNAMIK
UND
DIE
BRENNKAMMERAKUSTIK
.............................
184
8.2.3.
EINFLUSS
AUF
DAS
EINSPRITZVERHALTEN
...................................
187
9.
ZUSAMMENFASSUNG
189
9.1.
AUSBLICK
............................................................................................
192
LITERATUR
195
ANHANG
231
A.
AKUSTIK
232
A.L.
A
MN
-WERTE
DER
ZYLINDERAKUSTIK
.....................................................
232
A.2.
AKUSTISCHE
ENERGIE
TANGENTIALER
MODEN
.........................................
232
A.3.
AKUSTISCHE
IMPEDANZ
DER
FLUIDE
..................................................
234
A.4.
FORSCHUNGSSTAND
ZUM
BLENDENPFEIFEN
............................................
235
B.
EXPERIMENTELLER
AUFBAU
236
B.I.
H2-VERSORGUNGSLEITUNG
FUER
HTR-VERSUCHE
...................................
236
B.2.
STOERUNGEN
DER
AKUSTISCHEN
DRUCKSENSORSIGNALE
.............................
236
B.2.1.
STOERUNGEN
IN
DER
BRENNKAMMER
.........................................
237
B.2.2.
STOERUNGEN
IM
INJEKTORKOPF
..................................................
237
B.3.
OPTISCHE
DIAGNOSTIK
........................................................................
241
B.3.1.
SAPHIRFENSTER
FUER
DIE
2D-FLAMMENVISUALISIERUNG
...........
241
XI
INHALTSVERZEICHNIS
B.3.2.
OPTISCHE
SONDEN
IM
RECESS-VOLUMEN
................................
242
C.
ZUSAETZLICHE
ERGEBNISSE
DER
FLAMMENVISUALISIERUNG
245
C.I.
FLAMMENTOPOLOGIE
BEI
ABNEHMENDER
TREIBSTOFFTEMPERATUR
.
.
.
245
C.2.
FLAMMENANTWORT
AUF
DIE
LOX-POST-AKUSTIK
................................
247
D.
LISTE
DER
VEROEFFENTLICHUNGEN
IM
ZUSAMMENHANG
MIT
DIESER
DISSERTATION
248
D.I.
ZEITSCHRIFTEN-ARTIKEL
........................................................................
248
D.2.
BUCHBEITRAEGE
....................................................................................
249
D.3.
KONFERENZBEITRAEGE
...........................................................................
249
|
| adam_txt |
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
XIII
TABELLENVERZEICHNIS
XVIII
NOMENKLATUR
XIX
1.
EINLEITUNG
1
1.1.
ZIELSETZUNG
DIESER
DISSERTATION
.
3
1.2.
STRUKTUR
DER
ARBEIT
.
4
2.
GRUNDLAGEN
5
2.1.
FLUESSIGKEITSRAKETENTRIEBWERKE
.
6
2.1.1.
DIE
TREIBSTOFEKOMBINATION
LOX/H2
.
6
2.1.2.
BRENNKAMMER
UND
INJEKTORGEOMETRIEN
.
7
2.1.3.
UEBERKRITISCHE
FLUIDE
.
9
2.1.4.
UEBERKRITISCHE
LOX/H
2
-VERBRENNUNG
.
11
2.2.
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
.
13
2.2.1.
URSACHE
DER
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
.
15
2.3.
AKUSTIK
IM
RAKETENTRIEBWERK
.
18
2.3.1.
GRUNDLAGEN
DER
AKUSTIK
.
18
2.3.2.
BRENNKAMMERAKUSTIK
.
21
2.3.3.
DIE
LT-MODE
.
25
2.3.4.
INJEKTORAKUSTIK
.
27
3.
STAND
DER
FORSCHUNG
31
3.1.
HOCHFREQUENTE
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
.
31
3.1.1.
VORGEHEN
UND
ZIELE
DER
STABILITAETSFORSCHUNG
.
31
3.1.2.
INSTABILITAETEN
BEI
LOX/H2-VERBRENNUNG
.
33
3.1.3.
INJEKTORGEKOPPELTE
VERBRENNUNGSINSTABILITAETEN
.
38
3.1.4.
HYDRODYNAMISCHE
EFFEKTE
.
40
3.1.5.
VERMEIDUNG
THERMOAKUSTISCHER
INSTABILITAETEN
.
43
3.2.
STABILITAETSSTUDIEN
DER
BRENNKAMMER
BKD
.
46
3.2.1.
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
.
47
3.2.2.
NUMERISCHE
ANALYSEN
.
50
3.3.
LOX/H2-FLAMMENSTRAHLUNG
.
52
3.4.
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
DIESER
ARBEIT
.
57
INHALTSVERZEICHNIS
4.
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
59
4.1.
FORSCHUNGSPRUEFSTAND
P8
.
59
4.2.
FORSCHUNGSBRENNKAMMER
BKD
.
59
4.2.1.
INJEKTORGEOMETRIE-VARIATION
.
61
4.2.2.
KONFIGURATION
FUER
OPTISCHE
UNTERSUCHUNGEN
.
63
4.2.3.
BETRIEBSBEDINGUNGEN
.
64
4.3.
VERSUCHSABLAUF
.
66
4.3.1.
TESTS
MIT
STATIONAEREN
LASTPUNKTEN
.
66
4.3.2.
ROF-RAMPING
.
68
4.3.3.
T//2-RAMPING
.
68
4.3.4.
UEBERSICHT
DER
LOX/H2-STABILITAETSKAMPAGNEN
.
69
4.4.
MESSTECHNIK
.
70
4.4.1.
MESSRINGE
.
70
4.4.2.
STATIONAERE
MESSGROESSEN
.
72
4.4.3.
AKUSTISCHE
DRUCKSENSOREN
.
74
4.5.
OPTISCHE
DIAGNOSTIK
.
75
4.5.1.
FASEROPTISCHE
SONDEN
.
75
4.5.2.
2D-FLAMMENVISUALISIERUNG
.
77
5.
METHODIK
DER
DATENAUSWERTUNG
81
5.1.
STANDARDVERFAHREN
DER
SIGNALANALYSE
.
81
5.2.
MESSUNG
DER
LINEAREN
WACHSTUMSRATE
.
83
5.3.
DRUCKFELDREKONSTRUKTION
.
85
5.3.1.
ANALYTISCHES
IT-REKONSTRUKTIONSVERFAHREN
.
85
5.3.2.
DRUCKFELD-INTERPOLATIONSVERFAHREN
.
86
5.3.3.
ANNAHMEN
ZUR
AXIALEN
DRUCKVERTEILUNG
.
87
5.4.
DYNAMIC
MODE
DECOMPOSITION
(DMD)
.
88
5.4.1.
MULTIVARIABLEN
DMD
.
92
5.5.
AKUSTISCHE
ANALYSEN
.
94
5.5.1.
HELMHOLTZ-SIMULATIONEN
MIT
COMSOL
.
95
5.5.2.
AKUSTISCHES
NETZWERKMODELL
.
96
6.
ANALYSE
DER
TYP
2
VERBRENNUNGSINSTABILITAET
IN
BKD
99
6.1.
VORSTELLUNG
DER
TYP
2-INSTABILITAET
.
99
6.2.
EFFEKTE
WAEHREND
DER
INSTABILITAET
.
103
6.2.1.
STOERUNGEN
IM
INJEKTORKOPF
.
103
6.2.2.
DRUCKFELDCHARAKTERISTIKA
.
106
6.2.3.
ANSTIEG
DER
THERMISCHEN
LASTEN
IM
MESSRING
.
116
6.3.
ANALYSE
DES
KOPPLUNGSMECHANISMUS
.
118
7.
ANALYSE
DER
LOX-INJEKTORKOPPLUNG
127
7.1.
REPRODUZIERBARKEIT
DER
ANREGUNG
.
127
INHALTSVERZEICHNIS
7.2.
FLAMMENTOPOLOGIE
.
134
7.2.1.
EINFLUSS
DER
BETRIEBSBEDINGUNGEN
.
138
7.3.
FLAMMENDYNAMIK
.
141
7.3.1.
FLAMMENANTWORT
AUF
DIE
LOX-POST-AKUSTIK
.
141
7.3.2.
FLAMMENANTWORT
AUF
DIE
BRENNKAMMER-IT-MODE
.
150
7.3.3.
2D-RAYLEIGH-INDEX
DER
IT-MODE
.
151
7.3.4.
EXPERIMENTELLE
FLAMMEN-TRANSFER-FUNKTION
.
157
7.4.
ANALYSE
DER
AKUSTISCHEN
ANREGUNGSQUELLE
DER
LOX-INJEKTOREN
.
158
7.4.1.
BRENNKAMMERRAUSCHEN
.
159
7.4.2.
KAVITATION
AN
DER
LOX-INJEKTORBLENDE
.
160
7.4.3.
UNTERSCHIEDLICHE
VERBRENNUNGSMODI
IM
RECESS
.
161
7.4.4.
VERBRENNUNGSDYNAMIK
IM
RECESS
.
163
7.4.5.
HYDRODYNAMISCHE
EFFEKTE
IM
LOX-INJEKTORKOPF
.
167
7.5.
VOLLSTAENDIGER
ANREGUNGSMECHANISMUS
.
173
8.
TECHNISCHE
LOESUNGEN
ZUR
VERMEIDUNG
EINER
INJEKTORKOPPLUNGLTT
8.1.
AUSLEGUNG
DER
LOX-DROSSELBLENDE
.
177
8.2.
GEDAEMPFTE
INJEKTOREN
.
179
8.2.1.
EXPERIMENTELLE
UMSETZUNG
.
181
8.2.2.
WIRKUNG
DER
GEDAEMPFEN
INJEKTOREN
AUF
DIE
FLAMMEN
DYNAMIK
UND
DIE
BRENNKAMMERAKUSTIK
.
184
8.2.3.
EINFLUSS
AUF
DAS
EINSPRITZVERHALTEN
.
187
9.
ZUSAMMENFASSUNG
189
9.1.
AUSBLICK
.
192
LITERATUR
195
ANHANG
231
A.
AKUSTIK
232
A.L.
A
MN
-WERTE
DER
ZYLINDERAKUSTIK
.
232
A.2.
AKUSTISCHE
ENERGIE
TANGENTIALER
MODEN
.
232
A.3.
AKUSTISCHE
IMPEDANZ
DER
FLUIDE
.
234
A.4.
FORSCHUNGSSTAND
ZUM
BLENDENPFEIFEN
.
235
B.
EXPERIMENTELLER
AUFBAU
236
B.I.
H2-VERSORGUNGSLEITUNG
FUER
HTR-VERSUCHE
.
236
B.2.
STOERUNGEN
DER
AKUSTISCHEN
DRUCKSENSORSIGNALE
.
236
B.2.1.
STOERUNGEN
IN
DER
BRENNKAMMER
.
237
B.2.2.
STOERUNGEN
IM
INJEKTORKOPF
.
237
B.3.
OPTISCHE
DIAGNOSTIK
.
241
B.3.1.
SAPHIRFENSTER
FUER
DIE
2D-FLAMMENVISUALISIERUNG
.
241
XI
INHALTSVERZEICHNIS
B.3.2.
OPTISCHE
SONDEN
IM
RECESS-VOLUMEN
.
242
C.
ZUSAETZLICHE
ERGEBNISSE
DER
FLAMMENVISUALISIERUNG
245
C.I.
FLAMMENTOPOLOGIE
BEI
ABNEHMENDER
TREIBSTOFFTEMPERATUR
.
.
.
245
C.2.
FLAMMENANTWORT
AUF
DIE
LOX-POST-AKUSTIK
.
247
D.
LISTE
DER
VEROEFFENTLICHUNGEN
IM
ZUSAMMENHANG
MIT
DIESER
DISSERTATION
248
D.I.
ZEITSCHRIFTEN-ARTIKEL
.
248
D.2.
BUCHBEITRAEGE
.
249
D.3.
KONFERENZBEITRAEGE
.
249 |
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| spelling | Armbruster, Wolfgang Verfasser (DE-588)1258989573 aut Untersuchung injektorgekoppelter Verbrennungsinstabilitäten in einer kryogenen Raketenbrennkammer = Investigation of injection-coupled combustion instabilities in a cryogenic rocket thrust chamber Wolfgang Armbruster, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Raumfahrtantriebe, Lampoldshausen Investigation of injection-coupled combustion instabilities in a cryogenic rocket thrust chamber Köln DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt [2022] xxiv, 251 Seiten Illustrationen 21 cm txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Forschungsbericht / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt 2022-09 Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen 2022 Raketentriebwerk (DE-588)4176905-3 gnd rswk-swf Instabilität (DE-588)4139195-0 gnd rswk-swf Brennkammer (DE-588)4127347-3 gnd rswk-swf Verbrennungsinstabilitäten Injektorkopplung Hydrodynamik kryogenes Raketentriebwerk (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Raketentriebwerk (DE-588)4176905-3 s Brennkammer (DE-588)4127347-3 s Instabilität (DE-588)4139195-0 s DE-604 Erscheint auch als Online-Ausgabe 10.57676/4dth-bn38 https://doi.org/10.57676/4dth-bn38 Resolving-System kostenfrei Volltext B:DE-101 application/pdf https://d-nb.info/1260378721/04 Inhaltsverzeichnis DNB Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=033945433&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis 1\p dnb 20221024 DE-101 https://d-nb.info/provenance/plan#dnb |
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| title_fullStr | Untersuchung injektorgekoppelter Verbrennungsinstabilitäten in einer kryogenen Raketenbrennkammer = Investigation of injection-coupled combustion instabilities in a cryogenic rocket thrust chamber Wolfgang Armbruster, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Raumfahrtantriebe, Lampoldshausen |
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