Optimierung und Validierung numerischer Werkzeuge für Antriebssysteme und Methanverbrennung
NOVASIM
Numerische Simulation der Verbrennung von Methan und flüssigem Sauerstoff, dargestellt als graue Isofläche. Die nach Temperatur eingefärbten Konturen zeigen die durch Vermischung und Verbrennung entstehenden Wirbelstrukturen.
Die zunehmende Zahl von Raketenstarts und kleinen Nutzlasten erfordert die Entwicklung flexibler Trägersysteme. Gleichzeitig wird es immer wichtiger, die Auswirkungen auf die Startumgebung und die Atmosphäre zu bewerten. Daher liegt der aktuelle Fokus auf der Nutzung umweltverträglicher Treibstoffe - insbesondere Methan - sowie auf wiederverwendbaren Raumtransportsystemen.
Im DLR-Projekt NOVASIM entwickeln und optimieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler numerische Werkzeuge, um Raumtransportsysteme effizient auszulegen, zu betreiben und zu bewerten. Besonders im Fokus steht die virtuelle Abbildung komplexer Triebwerke, die im Projekt verbessert und validiert wird.
In NOVASIM integrieren die Forschenden bewährte Modelle zur Mischung und Verbrennung kryogener Treibstoffe in den Strömungslöser CODA/HyperCODA und binden ihn in die Prozesskette zur Simulation gekoppelter, multiphysikalischer Systeme ein. Sie wenden die entwickelten numerischen Werkzeuge gezielt auf typische und kritische Betriebspunkte des Demonstratortriebwerks LUMEN an, um diese zu analysieren und die Verfahren zu bewerten.
Neben der Systembetrachtung erforscht das Team auch die Flammenankerung – einen besonders kritischen Aspekt von Methantriebwerken. Um kürzere Designzyklen numerisch zu unterstützen, entwickeln die Forschenden belastbare numerische Ersatzmodelle. Auf Basis experimenteller Daten und ihrer langjährigen Erfahrung in der Strömungscharakterisierung erstellen sie Modelle zur Betrachtung des Wärmetransports in den Kühlkanal sowie der komplexen Chemie der Methanverbrennung und validieren deren Einsatzmöglichkeit.
Neben numerischen Verfahren, dem Know-how und den notwendigen HPC Ressourcen für deren Anwendung, stehen hochwertige experimentelle Daten von DLR-eigenen, umfangreich instrumentierten Konfigurationen – wie der Brennkammer-N und dem LUMEN Triebwerk zur Verfügung. Die Arbeiten im Projekt NOVASIM fördern den Austausch zwischen experimentellen und numerischen Ansätzen.
Projekt
NOVASIM - Numerical Tool Optimisation and Verification for the Analysis of Propulsion Systems and Investigation of Methane Combustion
Laufzeit
1/2025 - 12/2028
Projektpartner
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (Projektleitung)
