Nomenklatur ................................................. XVIII
Bezeichnungen ............................................... XVIII
Griechische Symbole ........................................... XIX
Indizes ........................................................ XX
Abkürzungen .................................................. XXII
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Motivation .............................................. 1
1.2 Stand der Technik ....................................... 2
1.3 Ziel der Arbeit ......................................... 3
2 Grundlagen und Theorie der verwendeten Technologien .......... 5
2.1 Hybridraketenantriebe ................................... 5
2.1.1 Funktionsweise ................................... 5
2.1.2 Treibstoffkombinationen .......................... 6
2.1.3 Aktuelle Systeme und Konzepte .................... 7
2.2 Lorentz-Schienenbeschleuniger ........................... 8
2.2.1 Funktionsprinzip ................................. 8
2.2.2 Aktuelle Prototypen .............................. 9
2.3 Hitzeschutzsysteme ..................................... 10
2.3.1 Passive Hitzeschutzsysteme ...................... 10
2.3.2 Aktive Hitzeschutzsysteme ....................... 10
2.3.3 Ablative Hitzeschutzsysteme ..................... 10
2.4 Optimierungsverfahren .................................. 11
2.5 Vorhandene Konzeptstudien .............................. 14
2.5.1 University of Austin Konzept .................... 14
2.5.2 DLR/ISL Machbarkeitsstudie ...................... 15
2.6 Vorhandene Tools ....................................... 16
3 Modellierung ................................................ 17
3.1 Gesamtmodellkonzept .................................... 17
3.2 Flugmechanisches Modell ................................ 18
3.2.1 Koordinatensysteme .............................. 18
3.2.2 Bewegungsgleichungen ............................ 19
3.2.3 Gravitationsmodell .............................. 21
3.3 Flugregelung ........................................... 21
3.3.1 Flugeigensc Haftsregler ......................... 21
3.3.2 Nickbewegungsregler ............................. 25
3.3.3 Flugführungsmodul ............................... 26
3.4 Aerodynamisches Modell ................................. 31
3.4.1 MISSILE DATCOM .................................. 31
3.4.2 Kopplung mit Flugmechanik ....................... 35
3.5 Hitzeschutzmodell ...................................... 35
3.5.1 Wärmeübergangsbilanz in der Grenzschicht ........ 35
3.5.2 Oberflächenregression ........................... 38
3.5.3 Materialmodell .................................. 40
3.5.4 Kopplung mit Flugmechanik ....................... 43
3.6 Parametrierung ......................................... 44
3.6.1 Topologie des Aggregats ......................... 44
3.6.2 Auswahl fester Parameter ........................ 56
3.6.3 Auswahl der zu variierenden Parameter ........... 60
4 Aerodynamische Simulation ................................... 61
4.1 Netzgenerierung ........................................ 61
4.2 Berechnungen ........................................... 63
4.3 Ergebnisse ............................................. 66
5 Versuche .................................................... 69
5.1 Untersuchung der Brennstofffestigkeit .................. 69
5.1.1 Brennstoffeigenschaften ......................... 69
5.1.2 Der Hochenthalpiekanal Göttingen ................ 71
5.1.3 Versuchsaufbau .................................. 71
5.1.4 Versuchsdurchführung ............................ 73
5.1.5 Versuchsergebnisse .............................. 74
5.1.6 Simulation und Vergleich ........................ 75
5.2 Beschleunigungsversuch mit einem Triebwerksmodell ...... 77
5.2.1 Versuchsaufbau .................................. 77
5.2.2 Versuchsdurchführung ............................ 79
5.2.3 Versuchsergebnisse .............................. 80
5.2.4 Simulation und Vergleich ........................ 82
5.3 Hybridraketenprüfstand ................................. 85
5.3.1 Versuchstriebwerk ............................... 85
5.3.2 Hydraulische Systeme ............................ 88
5.3.3 Sensoren ........................................ 90
5.3.4 Steuerungssystem ................................ 94
5.4 Hybridraketenbrenntests ................................ 95
5.4.1 Versuchsdurchführung ............................ 95
5.4.2 Versuchsergebnisse .............................. 96
6 Optimierung ................................................ 101
6.1 Algorithmus ........................................... 101
6.2 Parameterraum ......................................... 103
6.3 Ergebnis .............................................. 107
7 Schlussbetrachtung ......................................... 117
7.1 Zusammenfassende Betrachtung der Ergebnisse ........... 117
7.2 Empfehlungen für weitere Forschung .................... 119
Literaturverzeichnis ....................................... 121
Tabellenverzeichnis ........................................ 129
Abbildungsverzeichnis ......................................... 131
Anhang A ................................................... 135
Anhang В ................................................... 137
Anhang С ................................................... 138
Anhang D ................................................... 139
Anhang E ................................................... 147
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