 | Groning S. Untersuchung selbsterregter Verbrennungsinstabilitaten in einer Raketenbrennkammer = Investigation of self-excited combustion instabilities in a rocket combustor: Diss. ... Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Raumfahrtantriebe, Lampoldshausen. - Köln: DLR, 2017. - XVI, 248 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2017-32). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S.174-212. - ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2017-32) 02
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Abbiklungsverzeichnis ........................................ viii
Tabellenverzeichnis ........................................... xii
Symbolverzeichnis ............................................ xiii
1 Einleitung ................................................. 1
2 Grundlagen ................................................. 5
2.1 Verbrennungsinstabilitäten ................................. 5
2.2 Grüne Hagen der Akustik .................................... 9
2.2.1 Wellengleichung ..................................... 9
2.2.2 Eindimensionale Wellenausbreitung .................. 12
2.2.3 Stehende Wellen und Eigenschwingungen .............. 15
2.2.4 Zylinderakustik .................................... 19
2.2.5 Die 1T-Mode ........................................ 23
2.2.6 Frequenzverhältnisse eines Zylinders ............... 26
2.2.7 Die Helmholtzgleichung ............................. 27
2.3 Schallgeschwindigkeit realer Gase ......................... 28
3 Stand der Forschung ....................................... 32
3.1 Historischer Überblick .................................... 32
3.2 Untersuchungen mit Wasserstoff Sauerstoff ................. 36
3.3 Injektorkopplung .......................................... 40
4 Versuchsdurchführung ...................................... 43
1.1 Forschungsprüfstand P8 .................................... 43
1.2 Forschungsbrennkammer BKD ................................. 44
4.3 Messtechnik ............................................... 48
4.3.1 Anforderungen an die Messtechnik ................... 48
4.3.2 HF-Messring ........................................ 50
4.3.3 Dynamische Drucksensoren ........................... 51
4.3.4 Faseroptische Messtechnik .......................... 53
4.4 Stationäre Messgrößen ..................................... 57
4.5 Testablauf ................................................ 59
4.5.1 Stationäre Betriebspunkte .......................... 59
4.5.2 ROF-Ramping ........................................ 61
4.5.3 Hydrogen Temperature Ramping ....................... 62
4.5.4 Testkampagnen ...................................... 64
5 Datenauswertung ........................................... 66
5.1 Definition von Auswertefenstern ........................... 66
5.2 Standardverfahren der Signalverarbeitung .................. 67
5.3 Frcquenzmessung ...........................................
5.4 Ersatzzylinderverfahren ................................... 71
5.5 lT-Druckfeldrekonstruktion ................................ 73
5.6 Phasenanalyse ............................................. 79
5.7 Messung der Halbwcrtsbreite ............................... 81
5.8 Statistische Signalanalysc ................................ 83
5.9 Akustische Analyse ........................................ 85
5.9.1 Netzwcrkmodell ..................................... 85
5.9.2 Modalanalysc ....................................... 87
5.10 Integrale Wärmeströme ..................................... 89
6 Ergebnisse ................................................ 90
6.1 Akustische Charakterisierung .............................. 91
6.1.1 Reine Moden ........................................ 91
6.1.2 Kategorisicrung der Betriebspunkte ................. 94
6.1.3 Verhalten der IT-Mode im stabilen Fall ............. 96
6.1.4 Einfluss der Betriebsparameter .................... 101
6.1.5 Kombinationsmoden ................................. 117
6.2 Charakterisierung der 1T-Instabilität .................... 122
6.2.1 Instabile Betriebspunkte .......................... 122
6.2.2 Betrachtung im Zeitbereich ........................ 125
6.2.3 Betrachtung im Frequenzbereich .................... 127
6.2.4 Verhalten der 1T-Mode im instabilen Fall .......... 131
6.3 Instabilitätsniechanismus ................................ 136
6.3.1 Identifikation zusätzlicher Frequenzen ............ 136
6.3.2 LOX-Post-Eigenfrequenzen .......................... 140
6.3.3 Initiierung der Instabilitäten .................... 153
6.3.4 Phasenverschiebung ................................ 154
6.3.5 Diskussion ........................................ 164
7 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 167
Literaturverzeichnis .......................................... 174
Anhang ........................................................ 213
A Herleitungen ............................................. 214
A.1 Konvektive eindimensionale Wellengleichung ............... 214
A.2 Eindimensionale Eigenmoden mit beliebigen
Randbedingungen .......................................... 216
A.3 Eindimensionale Eigenmoden mit Strömung .................. 217
A.4 Akustik eines durchströmten Zylinders .................... 219
A.5 Ausreagiertes Gasgemisch ................................. 229
B Messtechnik .............................................. 231
B.l. Faseroptische Messtechnik ................................ 231
B.2. Dynamische Drucksensoren ................................. 236
C REST HF-7 Testfall ....................................... 244
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