Consequences of modeling demands on numerical rocket thrust chamber flow simulation tools

Numerical simulation of liquid rocket thrust chamber flows is a challenging task which requires a comprehensive tool validation strategy encompassing laboratory- to full-scale test cases. While the former are widely used as the first step to verify advanced numerical schemes and thermochemical models, the latter can often no more be simulated in a reasonable time frame due to the extreme computational effort necessitated by the enlarged dimensions and configurational changes. Conclusions drawn from tools with such limitations are only of little help for a thrust chamber designer and, hence, ill-posed to adequately tackle the simulation challenges of such a device. This paper discusses the modeling demands for numerical thrust chamber flow simulation tools and outlines the indispensable validation approach from laboratory- via subto full-scale configurations using consistent model features throughout the test cases. Consequences of this obligation are exposed to drive the tool setup. Exemplarily, the Airbus DS thrust chamber flow simulation philosophy is presented

SFB-Transregio 40: Strukturkühlung

Raumtransportsysteme der nächsten Generation werden chemische Raketenantriebe nutzen, da diese Antriebsart auf absehbare Zeit den besten Kompromiss zwischen Entwicklungs- und Herstellungsaufwand und Leistung bietet. Der SFB-TR 40 befasst sich mit den Hauptkomponenten chemischer Raketenantriebe und ihrer Integration in das Gesamtsystem. In diesem seit Juli 2008 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderten transregionalen Sonderforschungsbereich haben sich fünf Universitätsstandorte mit Einrichtungen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und der Astrium Space Transportation GmbH zusammengeschlossen, um für diese Antriebstechnologie relevante Grundlagenforschung auf den Gebieten der Strukturkühlung, der Heckströmungen, der Thermofluiddynamik und der Fluid-Struktur-Wechselwirkung gemeinsam voranzutreiben. Durch den Zusammenschluss im SFB-TR 40 soll die Position der beteiligten Einrichtungen im europäischen Wettbewerb um Forschung und Technologie nachhaltig gestärkt werden. Der Teilbereich A des SFB-TR 40 widmet sich der Strukturkühlung und besteht aus fünf Teilprojekten (TP-A1,…,TP-A5) und einem Kooperationsprojekt (TP-K1) bei dem schon eine Verkettung im Projekt mit einem Industriepartner stattfindet, um die gewonnenen Ergebnisse sofort in die Praxis einfließen zu lassen. Bei dem Themenbereich der Strukturkühlung spielen die Filmkühlung und die Effusionskühlung von verschiedenen Komponenten des Raketenantriebs eine wichtige Rolle. Hierzu werden im TP-A1 neue Multiskalentechniken für hochaufgelöste Wirbelstrukturen untersucht. Im TP-A2 werden experimentell Filmkühlungskonfigurationen für Raketendüsen genauer betrachtet. Das Projekt TP-A4 widmet sich der direkten numerischen Simulation der Filmkühlung in Grenzschichten. Diesen sehr grundlagenorientierten Projekten zur Film- und Effusionskühlung stehen Projekte gegenüber, die st�\xA4rker anwendungsorientiert sind. Hierzu gehören das TP-A5, in dem eine effusionsgekühlte Raketen-brennkammer untersucht wird und auch das Projekt TP-K1, das sich der experimentellen und numerischen Untersuchung der Filmkühlung in einer Raketenbrennkammer widmet. Resonatoren spielen in Raketenbrennkammern eine wichtige Rolle zur Dämpfung der Druckschwingungen. Die Auswirkungen der erhöhten Wärmeübertragung bei oszillierender Strömung auf die thermische Belastung und Dämpfungsleistung von Resonatoren wird im TP-A3 theoretisch untersucht. Die oben genannten Projekte im TB-A sind stark vernetzt mit den anderen Teilbereichen des SFB-TR 40. Es werden Ergebnisse der einzelnen Projekte aus der ersten Förderphase vorgestellt, aber auch die Einbindung der Projekte und die Interaktionen im SFB-TR 40 aufgezeigt