Transpirationsgekühlte Keramische Hochleistungs-Raketenantriebe
Motivation und Design
- Verbesserung bestehender Hochleistungs-Raketenantriebe
- Verwendung hochtemperaturfester poröser Faserkeramiken (sog. CMCs)
- Hoher Wirkungsgrad in Verbindung mit Innenwand-Transpirationskühlung
- Hohe Zuverlässigkeit und Schadenstoleranz
- Anpassungspotenzial an verschiedene Anwendungszyklen
- Niedriges Strukturgewicht bei hoher Festigkeit des CFK Brennkammergehäuses
- Kaum Ermüdung durch lastentkoppeltes Strukturdesign
- Innovationspotenzial für poröse Wand-Injektion
- Optimierung des Überschall-Düsenübergangs
- CMC/CFRP Unterschall-Brennkammer
- Neue Konusinjektor-Technologie
- CMC Überschall-Düsenerweiterung.
Betriebsrandbedingungen und technologischer Ansatz
- Inhärente Nachlaufkühlung der Überschalldüse interface; Reduktion des Gesamt-Kühlaufwands
- Hohe thermo-chemische Werkstoffresistenz an der Brennkammer-Innenwand
- Optimale Nutzung der herstellungsbedingten CMC-Porosität zur Diffusionskühlung
- Gute Anpassbarkeit der CMC Diffusivität im Herstellprozess
- Homogene Kühlmittelausblasung an der Innenwand sowie einfache Bauteilgestaltung und Herstellung der Innenliner-Keramiken
- Gute lokale Anpassungsmöglichkeiten der physikalischen CMC Eigenschaften
1) Einfache Aneinanderreihung unterschiedlicher CMC Ringe
2) Möglichkeit eines bedarfsgerechten transpirativen Ausströmprofils
3) CMC Dichtewerte » 2 – 3 g/cm3 - CFRP Tragmantel Wärmeleitung » 6 × 10-6 1/K; Dichte 1.3 – 1.8 g/cm3
- Schwimmendes Strukturdesign und innovative mechanische Verbindungstechniken
- Hoher Grad thermo-mechanischer Toleranz
- Hoher Grad an Materialqualität und Reproduzierbarkeit
- Optimierte Treibstoffaufbereitung bei Injektion und Verbrennung
- Lastentkopplung auch bei der Überschall-CMC-Düse durch Mehrschalen-Design.
Technologie Demonstration und Ausblick
- Nachweis des thermo-chemisch resistenten und schadensfreien Betriebes
- Nachweis der zuverlässigen Struktur-Interface- und Dichtungstechnik
- Extensive analytische und experimentelle Grundlagenforschung
- Ausgedehnte Hochleistungs-Testaktivitäten mit LOX / LH2 am
1) Europäischen Forschungs- und Technologieprüfstand P8
2) Technologieprüfstand P6.1 des DLR in Lampoldshausen - Erreichter Technologiereifegrad (TRL) von 5 (Industrie-Transferreife)
- Erste erfolgreiche Heißtests mit neuer Injektor-Technologie sowie
- Erste erfolgreiche Demonstration der keramischen Doppelschalen-Düsentechnologie
- Nächste Ziele: TRL 5 Demonstration mit flüssigem Sauerstoff und Methan
- Lizenzierung der Technologie in die Industrie.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
Markus Ortelt · E-Mail: markus.ortelt@dlr.de · DLR.de
