ISBN 9783843956925

978-3-8439-5692-5, Reihe Raumfahrt

Julian Dominic Pauw
Experimentelle Charakterisierung von Turbopumpen für Raumfahrtantriebe

192 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2025), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Turbopumpen sind essenzielle Komponenten moderner Flüssigkeitsraketentriebwerke, da sie die Realisierung hoher Brennkammerdrücke bei gleichzeitig niedrigen Tankdrücken ermöglichen. Dies führt zu einer signifikanten Reduktion der Strukturmasse und steigert die Nutzlastkapazität von Trägersystemen. Die vorliegende Arbeit, eingebettet in das Forschungsprojekt KonRAT, beschreibt die Konzeption und Implementierung eines Prüfstands zur experimentellen Charakterisierung von Turbopumpenkomponenten. Der Prüfstand erlaubt die Untersuchung von Komponenten in Originalgröße bei reduzierter Drehzahl unter Verwendung von Wasser als Ersatzmedium für kryogene Stoffe wie flüssigen Sauerstoff (LOx). Durch die Möglichkeit der Wassererwärmung können kavitationsähnliche Bedingungen simuliert werden, wodurch die Komplexität und Kosten der Versuche erheblich reduziert werden. Dies ermöglicht die Integration iterativer Messungen in den Auslegungsprozess. Die Arbeit beschreibt zunächst den Stand der Technik. Anschließend wird die Konzeption des Prüfstands sowie dessen Umsetzung detailliert erläutert. Der Prüfstand basiert auf einem geschlossenen Wasserkreislauf mit variabel konfigurierbarem Testfeld, Heizaggregaten, Antriebseinheiten sowie einem umfassenden Mess- und Steuerungssystem. Die Validierungskampagne bestätigt die hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit des Systems. Im weiteren Verlauf werden die experimentellen Ergebnisse einer im Rahmen des Projekts entwickelten LOx-Turbopumpe vorgestellt. Die Komponenten, bestehend aus einer Radialstufe und einem Vorsatzläufer, wurden sowohl separat als auch im kombinierten Betrieb untersucht. Die Ergebnisse zum Betriebsverhalten und zu den Kavitationsgrenzen werden mit numerischen Vorhersagen verglichen, um die Konsistenz zwischen Simulation und Experiment zu überprüfen. Die Arbeit schließt mit einer kritischen Analyse des Prüfstands und der Identifikation potenzieller Weiterentwicklungen.