der motor – Ausgabe 5/21 – Kommunikation für die Branche

Bei Raketenmotoren, auch Triebwerke
genannt, wird die Antriebskraft
(Schub) durch Ausstoßen von Stützmasse
erzeugt, welche entgegen der
Antriebsrichtung erfolgt. Raketentriebwerke
saugen keine Materie von
außen an und stoßen diese auch nicht
beschleunigt wieder aus. Aus diesem
Grund funktionieren sie auch unabhängig
von den Umgebungsbedingungen
in einem Vakuum.
Wie in keinem anderen Bereich, wird
in der Luft- und Raumfahrt hart an einer
ständigen Verbesserung gearbeitet.
Das DLR leistet hier durch seine
Tests Pionierarbeit und beeinflusst
maßgeblich viele zukunftsweisenden
Technologien, welche die Menschheit
irgendwann im täglichen Gebrauch
hat. Dabei geht es nicht nur darum die
Effizienz des Triebwerks deutlich zu
steigern, sondern auch um effiziente
Kostenreduzierung bei der Nutzung
dieser Triebwerke.
Der VULCAIN ® -Prüfstand P5 ist ein
turmähnlicher Betonbau und ist mit
65 Metern das höchste Gebäude am
DLR-Standort Lampoldshausen. Er ist
einer der beiden größten Prüfstände für kryogene Raketenantriebe
in Europa und wurde 1988-1990 im Rahmen
des ESA-Ariane-5-Programms erbaut. Für die Tests des
VULCAIN ® 2.1-Triebwerk
während eines Tests
aktuellen Hauptstufenantriebs wurde die Anlage modernisiert.
Die Leistung, welche durch einen solchen Prüfstand
erbracht wird, ist enorm. Umgesetzt werden hier
alle Bodenversuche an kompletten Antriebssystemen,
unter simulierten Flugbedingungen bei vollem Schub,
sowie bei Teil- und Überlast. Bei der Versuchsdauer gibt
es Grenzen, in diesem Fall maximal 15 Minuten für ein
Triebwerk mit 1.200 Kilonewton Schub. Dabei ermöglicht
die strukturelle Schubgrenze Versuche mit Antriebssystemen
bis zu 4.000 Kilonewton.
Am 22. Januar 2018 stellten die Ingenieure des Deutschen
Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) das von
der ArianeGroup entwickelte Triebwerk im Prüfstand P5
in Lampoldshausen erstmals erfolgreich auf die Probe.
Insgesamt waren für die erste Testkampagne zwölf Versuche
geplant.
Das aktuelle Triebwerk VULCAIN ® 2.1 – mit einem im
3D-Druck gefertigten Gasgenerator, einer neu konstruierten,
vereinfachten Düse und der Zündung der Brennkammer
mit einem Bodensystem – ist sowohl kostengünstiger als
auch effizienter. Mit dem Hochleistungstriebwerk ist es
möglich, mit der Ariane 6 in den ersten acht Flugminuten
eine Höhe von 150 Kilometern sowie eine Geschwindigkeit
von über 25.000 km/h zu erreichen.*
Der P5 setzt sich aus einem ganzen Komplex zusammen,
dabei sind mehrere Nebenanlagen mit der Testzelle
verbunden. Flüssigkeiten werden über unterirdische
Rohrleitungen von den Zwischen- zu den Fahrtanks geleitet.
Dadurch ist es möglich, die Anlieferung von Brennstoff
und Oxidator getrennt vom eigentlichen Prüfstand
*Nur 10% der Triebwerksleistung wird gebraucht, um die
Höhe zu erreichen – aber 90% für die Geschwindigkeit.
Ausgabe 5/2021
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