Am Prüfstand M3.3 wird die Einspritzung von flüssigem Stickstoff und flüssigem Sauerstoff unter Weltraumbedingungen untersucht. Während dem Start von Oberstufentriebwerken führen die Einspritzbedingungen zu einer schlagartigen Verdampfung dieser Flüssigkeiten (sog. Flashing).
Der M3.5 wird verwendet um Durchflussuntersuchungen mit flüssigem Stickstoff und flüssigem Sauerstoff durchzuführen. Durch das modulare Design können fast beliebige Einbauten untersucht werden, wie zum Beispiel Ventile oder Einspritzköpfe von Raketentriebwerken.
Das Testfeld M3 des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen ermöglicht eine hohe Anzahl an Versuchen in verkleinertem Maßstab mit vielen unterschiedlichen Konfigurationen. Aufgebaut ist das Testfeld M3 aus drei Prüfständen mit unterschiedlichen Aufgabenfeldern: M3.1, M 3.3. und M3.5. Die Großforschungsanlage dient dazu die Treibstoffaufbereitung, die Injektion, die Zündung und Verbrennung von Raketentreibstoffen zu untersuchen.
Forschung mit Miniaturbrennkammern
Am Prüfstand M3.1 werden Versuche mit Raketenbrennkammern durchgeführt. Der Fokus liegt hier auf der Untersuchung der transienten Vorgänge bei der Einspritzung kryogener Treibstoffe in die Brennkammer, der Zündung und der Verbrennung des Treibstoffgemischs. Unter anderem ist es am M3.1 möglich Charakterisierungen von neuen Einspritzelementen, Grundlagenuntersuchungen zur thermischen Belastbarkeit neuartiger Werkstoffe für den Bau von Brennkammern durchzuführen, oder zum Beispiel neue Zündmethoden wie die Laserzündung zu untersuchen. Dafür sind gasförmiger und flüssiger Sauerstoff (LOX) und gasförmige Brennstoffe (H2 und CH4) verfügbar. Darüber ist ein Vakuumsystem vorhanden um die Zünd- und Verbrennungsdynamik auch für geringe Brennkammerdrücke vor Treibstoffeinspritzung bis circa 50 Millibar durchzuführen. Die hohe Modularität der Hardware ist ein wesentlicher Vorteil des M3.1 und des gesamten Testfelds M3 und erlaubt es schnell und flexibel mehrere Konfigurationen zu untersuchen.
Erforschung der optimalen Einspritzung von Raketentreibstoffen
Die beiden Prüfstände M3.3 und M3.5 beschäftigen sich mit der Untersuchung von transienten Zwei-Phasenströmungen. Diese sind von großer Bedeutung bei der Strömung der kryogenen Treibstoffe durch die Triebwerkskomponenten (beispielsweise Ventile, Einspritzköpfe und Turbopumpen) und bei der Injektion der Treibstoffe in die Brennkammer. Letztere kann im Vakuum stattfinden, wenn zum Beispiel die Brennkammer eines Oberstufentriebwerks im Weltraum gezündet werden soll. Auch hier zeichnet sich das Testfeld M3 wieder durch seine hohe Modularität und Flexibilität aus, sodass den zu untersuchenden Konfigurationen praktisch keine Grenzen gesetzt sind.
An den verschiedenen Kleinprüfständen des M3 werden die Treibstoffaufbereitung, die Injektion, die Zündung und Verbrennung von Raketentreibstoffen im Labormaßstab untersucht. Mit den Ergebnissen dieser Laborforschung können an anderen Prüfständen weitergehende Untersuchungen an Modellbrennkammern unter Bedingungen durchgeführt werden, die im Labormaßstab nur schwer realisierbar sind.
Kontakt
Volker Speelmann
Leitung Forschungsinfrastrukturen
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Vorstandsbereich Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen
