HPCR – Hochdruck-Brennkammer-Kühlungsmessstrecke im HBK 3



 

Neben Simulationsrechnungen sind Experimente bei realistischen Betriebsbedingungen unverzichtbar für das Verständnis der strömungsmechanischen Vorgänge sowie für die Auslegung und Weiterentwicklung von Kühlkonzepten. Zu diesem Zweck wurde ein Kühlungsprüfstand aufgebaut, in dem die Kühlungseigenschaften von metallischen und keramischen Brennkammerwandelementen bei realistischen Betriebsbedingungen charakterisiert werden. Die Prüflinge sind im Originalmaßstab und aus den gleichen Werkstoffen wie in der realen Brennkammeranwendung.

In einer Brennkammer wird bei erhöhten Drücken heißes Abgas erzeugt. In der nachgeschalteten Messstrecke strömt dieses heiße Abgas über das zu untersuchende Wandelement und stellt so die Wärmebelastung her. Die Abgasströmung weist dabei für Triebwerksbrennkammern eine typische Geschwindigkeitsverteilung (Drall und Turbulenz) sowie eine typische Temperaturverteilungen auf. Der Prüfling in der Messstrecke wird mit vorgeheizter Luft gekühlt. Mit einer Infrarot-Kamera wird der Einfluss der Betriebsparameter auf die Temperaturverteilung des Wandelements erfasst. Wärmeflusssensoren messen die in die Wand eintretende Wärmestromdichte.

 

 

Technische Daten des Prüfstands:

 

Druck in der Messstrecke

5 … 20 bar
Wandnahe Heißgastemperatur 1500 … 1800 K
Heißgasgeschwindigkeit 20 … 40 m/s
Kühllufttemperatur des Prüflings 300 … 700 K
Größe des Prüflings 80 * 100 mm2

 

  • Optischer Zugang von vier Seiten zur Probe und Heißgaskanal
  • Drei Achsen Traversiereinrichtung für optische Messtechniken

Sondermesstechniken:

  • 2D Laser Doppler Anemometrie
  • Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kamera
  • Instationäre Wärmeflusssensoren
  • Instationäre Druckaufnehmer

Magerbrennkammern, die besonders schadstoffarm sind, neigen zu Verbrennungsschwingungen. Die dabei entstehenden Druckfluktuationen können die Kühlungseigenschaften verschlechtern. Um dieser Fragestellung nachzugehen, können die Versuche sowohl bei stationären Bedingungen als auch unter dem Einfluss von Druckschwingungen durchgeführt werden.

In einem weiteren Druckgehäuse ohne optischen Zugang können Rohrbrennkammern aus bei realen Triebwerksbedingungen untersucht werden. In dieser Konfiguration wird der Prüfstand für Demonstratorversuche mit Brennkammern aus faserverstärkter Keramik (Ceramic Matrix Composites) eingesetzt

 


Kontakt
Dr.-Ing. Thomas Behrendt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Antriebstechnik
, Brennkammer
Tel: +49 2203 601-2008

E-Mail: Thomas.Behrendt@dlr.de
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