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Brennkammerkühlung


Die Gastemperaturen in Triebwerksbrennkammern liegen mit bis zu 2500 K weit über den zulässigen Materialtemperaturen der Brennkammerwand. Gleichzeitig liegt die Temperatur der Kühlluft bei Volllast bei bis zu 900K. Damit steht nur eine geringe Temperaturdifferenz für die Kühlung zur Verfügung und es bedarf effizienter Kühlkonzepte für die Brennkammerwand.

Besondere Anforderungen an die Wandkühlung stellen Brennkammern mit Magerverbrennung, die im Vergleich zu konventionellen Brennkammern deutlich niedrigere Stickoxidemission erreichen. Für die Magerverbrennung muss die in die Brennkammer einströmende Luft umverteilt werden, und es steht deutlich weniger Luft für die Wandkühlung zur Verfügung.

Die Abteilung Brennkammer befasst sich mit Kühlkonzepten sowohl für metallische als auch für keramische Werkstoffe.

  • Die Entwicklung neuer additiver Fertigungsverfahren für metallische Bauteile (z.B. Selective Laser Melting) ermöglicht die Fertigung innovativer Kühlkonzepte und Geometrien, die mit den bisherigen Fertigungsverfahren nicht realisiert werden können.
  • Keramische Wandmaterialien verstärkt mit keramischen Fasern (Ceramic Matrix Composites CMC) bieten eine höhere Temperaturbeständigkeit als metallische Werkstoffe. Durch die Faserverstärkung erreichen diese Werkstoffe die erforderliche Schadenstoleranz. Wegen der stark unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften im Vergleich zu Metallen bedarf es angepasster Kühlkonzepte.

Die Abteilung Brennkammer forscht sowohl mit numerischen als auch mit experimentellen Methoden auf dem Gebiet der Brennkammerkühlung. 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 wird ein Hochdruck-Kühlungsprüfstand (HPCR) genutzt. Die Ergebnisse werden zusätzlich verwendet, um Korrelationen aus Modellprüfständen, sowie Ergebnisse von Strömungssimulationen zu validieren.

Wandtemperaturverteilung gemessen mit IR-Kamera
Kontakt
Dr.-Ing. Thomas Behrendt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Antriebstechnik
, Brennkammer
Köln

Tel.: +49 2203 601-2008

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