Hintergrund des Projekts „Brennkammer 2000“, in dem insgesamt 4 DLR-Institute eng zusammenarbeiten, ist die Entwicklung der Brennkammertechnologie für zukünftige Triebwerke mit gesteigertem Wirkungsrad bei gleichzeitig drastisch reduziertem Stickoxidausstoß. Dies soll mit neuen Brennertechnologien (homogene Magerverbrennung) bei gleichzeitig reduziertem Kühlluftverbrauch erreicht werden. Nur so lassen sich die für die Wirkungsgradsteigerung erforderliche Turbineneintrittstemperatur von 2000 K bei gleichzeitiger Senkung der Stickoxidemissionen erzielen. Eine vielversprechender Ansatz zur Senkung des Kühlluftverbrauchs sind neuartige Brennkammerauskleidungen aus hochtemperaturbeständigen, oxidischen oder nichtoxidischen CMC, wie z.B. WHIPOX oder SiC/SiC-Werkstoffen.
Im Rahmen des Projekts werden Brennkammerschindeln auf der Basis von WHIPOX (Wound Highly Porous Oxide Composite) entwickelt, hergestellt und in Prüfständen unter realitätsnahen Bedingungen getestet. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Integration der Brennkammerschindel in die Brennkammer. Hierbei sind vor allem die stark unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Betriebstemperaturen von keramischer Auskleidung und metallischer Tragstruktur zu berücksichtigen. Durch ein neu entwickeltes Befestigungskonzept kann eine spannungsfreie Fixierung in allen Temperaturbereichen sichergestellt werden. Das Konstruktionsprinzip basiert auf einer selbsttragenden Ringstruktur, die aus einzelnen, untereinander verbundenen CMC-Kacheln aufgebaut ist.
Das Einsatzpotenzial von WHIPOX Werkstoffen wird im Kühlungsprüfstand des DLR Instituts für Antriebstechnik (IAT) an ebenen, effusionsgekühlten Brennkammerschindeln untersucht. Werkstoffentwicklung und Herstellung der oxidischen CMC-Schindeln erfolgen am Institut für Werkstoffforschung (IWF). Das Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie (BT) ist verantwortlich für die mechanische Auslegung und Dimensionierung der Brennkammerschindeln unter Berücksichtigung von realitätsnahen Temperaturverteilungen und Einspannungsbedingungen. Die Temperaturverteilungen in der Schindel werden vom IAT über CFD Simulationen (Computational Fluid Dynamics) ermittelt und in die FEM-Analyse des IBK integriert. Ziel ist es, den Kühlluftverbrauch durch eine gezielte Variation der Kühlungskonfiguration, bzw. Anordnung der Effusionsbohrungen, zu minimieren, und gleichzeitig die thermisch induzierten Spannungen in der Brennkammerschindel auf ein erträgliches Maß zu begrenzen.
Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt ist die Entwicklung eines Qualitätssicherungssystems für WHIPOX-Brennkammerschindeln als Voraussetzung für einen möglichen, zukünftigen Einsatz dieser Werkstoffe in realen Triebwerken. Neben einer umfassenden Prozessdokumentation müssen hierzu vor allem geeignete Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung und Qualifizierung der Bauteile definiert werden. Im Rahmen des Projekts werden vorhandene Prüfmethoden, wie luft- und wassergekoppelte Ultraschallverfahren, Röntgen, Computertomographie, Lock-in Thermographie und Photogrammetrie, auf Ihre Eignung untersucht und werkstoff- sowie bauteilgerechte Prüfprocedere festgelegt.