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Prüfstandsentwicklung für die Höhensimulation für VINCI am Prüfstand P4.1

Anforderungen

Der Raketenmotor VINCI wird in 3 verschiedenden Konfigurationen getestet. Jede dieser Konfigurationen stellt unterschiedliche Anforderungen an die Höhenanlage. Die Testbedingungen für den Prüfstand P4.1 sind:

• senkrechte Testposition mit einer maximalen Versuchszeit von 770 Sekunden,
• Umgebungsdruck in der Abkühlphase des Motors < 200 mbar,
• Umgebungsdruck bei der Zündung des Motors < 60 mbar,
• Startphase unter Bedingungen, die auch in der realen Startphase auftreten,
• Stationärer Betrieb unter Vakuumbedingungen,
• Abschaltung unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Düsenlasten,
• Simulation einer ballistischen Phase mit Wiederzündung unter Vakuumbedingungen.

Prüfstandsentwicklung

Aufbau

Die Entwicklung fand in 5 Phasen statt:

• Phase 1: Grundlegende Studien und allgemeines Layout
• Phase 2: Tests des Diffusers im Modellmaßstab
• Phase 3: Abschließende Auslegung des Prüfstands
• Phase 4: Kommissionierung
• Phase 5: Erprobung mit VINCI

Die Hauptelemente der Prüfstandsentwicklung waren der Kerndiffusor, die Ejektoren, die Raketendampferzeuger und die operationellen Bedingungen des modularen Prüfstandssystems zur Anpassung an die verschiedenen Motorkonfigurationen.

Genereller Aufbau

Kerndiffuser: Der generelle Aufbau des Kerndiffusers wurde durch den charakteristischen Brennkammerdruck, das Expansionsverhältnis mit großer Düsenkonfiguration, der Wärmebelastung und den gegebenen Dimensionen des Prüfstands P4.1 bestimmt.

Absaugsystem: Die Hauptparameter für das Absaugsystem waren die transienten Druckbedingungen während der Start- und Abschaltphase des Motors. Dabei war die Entscheidung zwischen sehr leistungsfähigen Ejektoren mit hohem Dampfbedarf und einem großen Kondensor mit hohem Kühlwasserbedarf abzuwägen.

Adapter: Für die anderen Motorkonfigurationen mit kleineren Expansionsverhältnissen wurden Adapter für den Kerndiffusor entwickelt.

Kaltgasmodellversuche zur Auslegung des Diffusers

Um Komponenten für Höhensimulationsanlagen und neue Düsenkonzepte untersuchen zu können wurde in der Testposition P6.2 ein Kaltgasprüfstand entwickelt und gebaut. Hier erfolgt wird mit kaltem Stickstoff eine Simulation bei vergleichbaren Machzahlen. Es wurden verschiedene Diffusoren erprobt und verglichen.

Aufgrund der gegebenen Dimensionen am Prüfstand P4.1 wurde der Diffuser mit einem Verhältnis L/D = 5 ausgelegt.

Heißgasversuch am Prüfstand P8

Die Versuche am Prüfstand P8 dienten vor allem der Verifikation von Modellierung und Design, der Verifikation der Modelle zur Wärmebelastung, der Untersuchung der Start- und Abschaltphase des Diffusers sowie der Bestimmung der Design-Parameter der Wasserkühlung. Die Modellierung wurde mit Hilfe von Aeroshape-3D, einem Finite-Elemente-Programm, vorgenommen.