Das Projekt Hybrid Propulsion for Experimental Rockets stellt die neusten Entwicklungen der WARR im Bereich Hybridantriebe dar. Die Vorarbeiten für die Konzeption und Auslegung wurden mit der Testbrennkammer HY-500T und dem dazugehörenden Teststand geschaffen. Ein wesentliches Ziel des Projektes ist dabei die praktische Umsetzung theoretischer Arbeiten in Form eines flugfähigen Triebwerkes.

Hyper - Auslegungsparameter

Gesamtimpuls:10.000 NsNominale Brennzeit:10 s
Brennstoff:HTPBOxidator:N20Brennkammerdruck:20 barOxidatormasse:4,7 kgBrennstoffmasse:1,34 kg
 

 

Oxidatorförderung:In erster Iterationsstufe durch Dampfdruck von N2ODüsenkühlung:ablativ, Graphit
 

 

Triebwerkstests

Das HYPER 1 Triebwerk wurde am 29.02.2012 erstmals erfolgreich gezündet. Nach den ersten Optimierungen wurden die geplanten Leistungsparameter mittlerweile übertroffen.

Schubverlauf lightboxSchubverlauf
Schubverlauf

 

Entwicklung des Triebwerks

Zur Auslegung der Innenballistik wurde ein Simulationsprogramm in MATLAB Simulink erstellt. Damit können die instationären Prozesse im simulierten Betrieb des Triebwerks nachgebildet und die Auslegungsparameter validiert werden. Dabei wird das Simulationsmodell parallel zum Triebwerk beständig weiterentwickelt, indem die Parameter verifiziert und angepasst werden, um eine höhere Genauigkeit in der Voraussage des Betriebsverhaltens bei geringfügig veränderten Randparametern treffen zu können.

Hyper Komponenten lightboxHyper Komponenten
Komponenten des Triebwerks

Im Wesentlichen besteht das Triebwerk aus drei Baugruppen, zu welchen einige Semesterarbeiten geschrieben wurden.

Zur Entwicklung des Triebwerkes werden alle zur Verfügung stehenden Instrumente des modernen Maschinenbaus verwendet. Die Modellierung des Triebwerkes erfolgt mit CATIA Designertools. Zur Bestimmung der Tankverformung bei Druckbeaufschlagung wurden FEM Methoden angewendet.

Hyper Tankverformung lightboxHyper Tankverformung
Tankverformung mit 200-facher Vergrößerung der Verformungsdimensionen

Bei der Entwicklung des Ventilsegments wurden CFD Simulationen durchgeführt, um qualitativ die Strömungsvorgänge und Widerstandswerte zu ermitteln.

Ventil lightboxVentil
CFD Simulationen des Ventilsegments mit dem Injektor-Vorraum

Weitere Simulationen wurden zur qualitativen Einschätzung und Vorauswahl von Injektoren eingesetzt. Ziel war dabei die generische Ermittlung der besten Einspritzverteilung von Oxidator in den Brennstoffblock.

Injektor lightboxInjektor
CFD Simulationen unterschiedlicher Injektorausführungen

Brennkammer lightboxBrennkammer
HYPER Triebwerk CAD

Brennkammer lightboxBrennkammer
Brennkammer in der Flugversion

Für ein Triebwerk dieser Dimensionen wurde in der Konzeptphase die ablative Kühlung der Düse als optimal bewertet und seither verfolgt. Dazu wurde im Rahmen einer Semesterarbeit die instationäre Wärmeleitung in der Düse untersucht. Parallel dazu wurden Versuche mit ablativer Düsenkühlung an dem kleineren Triebwerk HY-500 durchgeführt.

 

Teststand

Die Versuche mit dem Triebwerk werden auf einem eigenständig von der Arbeitsgemeinschaft gebauten Teststand durchgeführt. Dieser ermöglicht die Messung von Druck und Temperatur an wichtigen Punkten, sowie die Bestimmung des Oxidatormassenstroms und des erzielten Schubs.
Des Weiteren wird eine Technik entwickelt um mit einfachen technischen Mitteln das Abbrandverhalten des Grains zu messen. Ziel der Messungen ist die Ermittlung von Injektorgeometrien, bei welchen ein möglichst kontinuierlicher Ausbrand erreicht werden kann. Eine weitere Herausforderung welche wir verfolgen, ist die Untersuchung von komplexen Brennstoffblockgeometrien mit Ermittlung von Abbrand-Gesetzmäßigkeiten.

Teststand (Stand 05/2012)

Das Triebwerk soll nach der Fertigstellung in der Höhenforschungsrakete WARR-EX II eingesetzt werden. Die WARR konnte bereits viele Erfahrungen in der Konstruktion von (Lenk-) Flugkörpern sammeln, sodass die größere Herausforderung darin besteht, die gewünschten Auslegungsparameter des Hybridtriebwerks zu erreichen und Gesetzmäßigkeiten innenballistischer Vorgänge zu ermitteln.

WARR-Ex 2 lightboxWARR-Ex 2
Experimentalrakete WARR-Ex II

Alle bisherigen Arbeiten stellen eine solide Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung des Triebwerks dar und motivieren die Projektmitglieder zu ehrgeizigen aueruniversitären Leistungen.

An dieser Stelle danken wir unseren Sponsoren für die großzügige Unterstützung.
Ein außerordentlicher Dank geht an Prof. Dr. Robert H. Schmucker und die Mitarbeiter des Lehrstuhls für Flugantriebe der TU München, welche uns tatkräftig mit ihrer Erfahrung beistehen und für die Probleme des Projekts immer ein offenes Ohr haben.

 

 

Ansprechpartner

Hybridantriebe
Allgemeine Anfragen
Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Marco Stemer
Projektleiter
Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
 

WARR Social

Youtube

 
 

Partner & Sponsoren