Pruefstandstechnologie

Anlagenentwicklung



Prüfstand P4.1 zur Höhensimulation des VINCI-Motors

Seit Beginn der 1960er Jahre war das DLR Lampoldshausen an derEntwicklung europäischer Raketen beteiligt. Eine der Hauptaufgaben war damals scon der Test von Raketenmotoren unter Vakuumbedingungen. Der Prüfstand P4 mit seinen beiden Testpositionen wurde Mitte der 1960er Jahre erstmals für das ELDO-Programm erbaut und seitdem für weitere Anforderungen modifiziert. Seit 1998 werden an diesem Prüfstand die Entwicklungstests für das VINCI-Triebwerk für die Oberstufe der ARIANE5 durchgeführt.

Der Raketenmotor VINCI wird in drei verschiedenen Konfigurationen getestet. Jede stellt unterschiedliche Anforderungen an die Höhenlage. Die Testbedingungen für den Prüfstand P4.1 sind:

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

Der Prüfstand P4.1 ist aus folgenden Elementen aufgebaut:

  • Kerndiffuser: Der generelle Aufbau des Kerndiffusers wird 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 Motorenkonfigurationen mit kleineren Expansionsverhältnissen wurden Adapter für den Kerndiffusor entwickelt.

Um Komponenten für Höhensimulationsanlagen und neue Düsenkonzepte untersuchen zu können, wurde in der Testposition P6.2 ein Kaltgasprüfstand entwickelt und gebaut.

Heißgasversuche werden am Prüfstand P8 durchgeführt. Sie dienten vor allem der Verifikation von Modellierung und Design, der Verfikation der Modelle zur Wärmebelastung, der Untersuchung der Start- und Abschaltphase des Diffusores sowie der Bestimmung der Design-Paramter der Wasserkühlung. Die Modellierung wurde mit Hilfe von Aeroshape-3D, einem Finite-Elemente-Programm, vorgenommen.

Testplattformen für LOX-Alkohol-Raketendampferzeuger

Eine Höhensimulation für Raketenantriebe benötigt für einen kurzen Zeitraum sehr große Mengen an Heißdampf um die Ejektorpumpen zu betreiben. Dazu werden Raketendampferzeuger eingesetzt. Sie sorgen dafür, dass Wasser in das Heißgas innerhalb einer Raketendampfkammer eingesetzt und verdampft wird. Außerdem ermöglichen es die Raketendampferzeuger, die benötigten Mengen an Heißdampf kostengünstiger zu erzielen.

Der Prüfstand P1.1 wurde 1994 für den Test von Prototypen eines 4,5kg/s Raketendampferzeugers eingerichtet. Es können Dampferzeuger dieser Klasse in zwei Betriebszuständen erprobt werden: Dem Test der Brennkammer mit freiem Abgasestrahl und dem Test als Dampferzeuger mit installierter Wassereinspritzung, Dampfleistung und Ejektordüse.

Das Dampferzeugergebäude am Prüfstand P4 wurde im Jahr 2000 erbaut. Es sind dort vier Dampferzeuger mit einer Kapazität von 55kg/s und eine Einheit mit 16kg/s im Einsatz. Mit diesem Dampf werden die Ejektoranlagen von P4.1 und P4.2 versorgt. Die großen Dampferzeuger werden dabei mit Hilfe von Treibstoffpumpen unterhalten. Der kleine Dampferzeuger hat Tanks, die auch mit Alkohohl und Flüssigsauerstoff gefüllt sind. Sie werden lediglich mit Stickstoff bedrückt, da keine Pumpen für die Treibstoffförderung vorhanden sind.

 

 


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