J A H R E S B E R I C H T - Bayerische Forschungsstiftung
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Neue Projekte P R O J E K T L E I T U N G Technische Universität München Lehrstuhl für Thermodynamik Boltzmannstraße 15 85748 Garching Prof. Dr.-Ing. Thomas Sattelmayer Tel.: 089 / 289 16217 sattelmayer@td.mw.tum.de www.td.mw.tum.de P R O J E K T PA R T N E R Astrium GmbH www.astrium.eads.net 80 Dämpfung in thermoakustischen Systemen am Beispiel des Raketenmotors Links: Berechnete Schwingungsmode. Rechts: CAD-Modell des Prüfstandes. Selbsterregte Verbrennungsschwingungen sind eine große Gefahrenquelle bei Raketenstarts. Sie sollen durch eine neuartige dreidimensionale Computersimulation verhindert werden. Das Projekt befasst sich mit der Untersuchung und Vorhersage von selbsterregten Verbrennungsschwingungen in einem Raketentriebwerk. Sie entstehen durch die Wechselwirkung von akustischen Vorgängen und der Verbrennung, äußern sich durch Schwingungen der Gasmasse im Triebwerk – und können schwerwiegende technische Probleme nach sich ziehen. So führten derartige Schwingungen bereits zu zwei Fehlstarts der europäischen Trägerrakete Ariane. Selbsterregte Verbrennungsschwingungen können nur vorhergesagt werden, wenn sowohl die Effekte, die die Schwingung antreiben, als auch alle dämpfenden Effekte richtig wiedergegeben werden. Das Projekt befasst sich vor allem mit der Beschreibung der Dämpfung durch die Raketendüse und dem Einfl uss des Dämpferrings. Dadurch soll die Vorhersagequalität eines neuartigen dreidimensionalen instationären Simulationsverfahrens für Verbrennungsschwingungen verbessert werden. Das Projekt umfasst experimentelle sowie theoretisch-numerische Arbeiten. Ein kalter Prüfstand dient zur Untersuchung der Wechselwirkung der Akustik mit der Raketendüse. Zusätzlich kann der Einfl uss des Dämpferrings auf die Akustik im Prüfstand evaluiert werden. Die Ergebnisse dienen zur Validierung der numerisch-theoretischen Arbeiten. Dabei werden zeitabhängige, dreidimensionale Berechnungen des akustischen Feldes in der Raketendüse durchgeführt. Der Einfl uss des Dämpferrings soll über Randbedingungen berücksichtigt werden. Die Ergebnisse von Simulation und ingenieurmäßigen Ansätzen des Industriepartners ASTRIUM und die Erkenntnisse der Experimente werden gegeneinander evaluiert.
ERViS – echtzeitfähige Rechner und Video-Systeme für die Raumfahrt Modell eines dreifach redundanten Rechners Zuverlässig, schnell und flexibel – diese Eigenschaften kennzeichnen das neue mehrteilige Computersystem, dessen Anwendungen als Echtzeit-Videosysteme in der Raumfahrt arbeiten sollen. Die ERViS-Projektgruppe entwickelt ein ausschließlich aus Commercial-off-the-Shelf-, also aus seriengefertigten Komponenten bestehendesHochleistungs-Onboard-Computersystem, das über sofortige Fehlerkorrektur verfügt und für Echtzeit-Videoanwendungen geeignet ist. Als Einsatzgebiet ist an Weltraumanwendungen gedacht, die große Mengen an Rechenleistung benötigen, insbesondere Echtzeit-Videos für Telepräsenz im Weltall. Die Hardware-Architektur besteht aus drei auf SoI-Technik basierenden Power-PC-Computern, die durch einen Majority Voter verbunden sind. Die Silicon-on-Insulator-Technology gewährleistet Strahlungshärte gegenüber Single-Event-Latchup-Fehlern. Gleichzeitig ermöglicht ein Mehrheitsentscheid des Majority Voter über die drei Computer die Korrektur von Single-Event-Upset-Fehlern und verhindert deren Weitergabe an das restliche System. Im Gegensatz zu Software-Fehlererkennung, die Schnelligkeit durch zusätzliche Kodierungs- und Entkodierungsphasen verliert, funktioniert dieser Korrektur-Mechanismus augenblicklich. Sogar Fehler durch korrumpierten Programmcode können während der Laufzeit ausgeglichen werden. Die Architektur ist so flexibel ausgelegt, dass sie als ein Einzelprozessor-System mit hoher Zuverlässigkeit durch Mehrheitsentscheid arbeitet oder als ein Multi-Prozessor-System ohne Mehrheitsentscheid, auf dem verschiedene Anwendungen parallel laufen, um so die Gesamtperformance zu steigern. Das Computersystem verfügt über drei spezielle Kamerasysteme, die für Weltraumanwendungen optimiert sind. An ihnen werden echtzeitfähige Videobearbeitungsalgorithmen erprobt und Methoden zur Fehlerdetektion und -isolierung (FDIR) veranschaulicht. P R O J E K T L E I T U N G Technische Universität München Lehrstuhl für Raumfahrttechnik Boltzmannstr. 15 85748 Garching Prof. Dr. Ulrich Walter Dipl.-Inf. Sebastian Ivars Tel.: 089 / 289 16021 Fax: 089 / 289 16004 s.ivars@lrt.mw.tum.de www.lrt.mw.tum.de P R O J E K T PA R T N E R OES – Optische und elektronische Systeme GmbH www.fonline.de/ff Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Rechnergestützten Schaltungsentwurf www.lrs.eei.uni-erlangen.de Neue Projekte Fachhochschule Hof Fachbereich Informatik und Technik www.fh-hof.de Diehl BGT Defence GmbH & Co. KG www.diehl-bgt-defence.de 81
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Dämpfung in thermoakustischen Systemen<br />
am Beispiel des Raketenmotors<br />
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Selbsterregte Verbrennungsschwingungen sind eine große Gefahrenquelle bei Raketenstarts.<br />
Sie sollen durch eine neuartige dreidimensionale Computersimulation verhindert<br />
werden.<br />
Das Projekt befasst sich mit der Untersuchung<br />
und Vorhersage von selbsterregten<br />
Verbrennungsschwingungen in einem Raketentriebwerk.<br />
Sie entstehen durch die Wechselwirkung<br />
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der Verbrennung, äußern sich durch Schwingungen<br />
der Gasmasse im Triebwerk – und<br />
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Schwingungen bereits zu zwei Fehlstarts der<br />
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Selbsterregte Verbrennungsschwingungen<br />
können nur vorhergesagt werden, wenn sowohl<br />
die Effekte, die die Schwingung antreiben,<br />
als auch alle dämpfenden Effekte<br />
richtig wiedergegeben werden. Das Projekt<br />
befasst sich vor allem mit der Beschreibung<br />
der Dämpfung durch die Raketendüse und<br />
dem Einfl uss des Dämpferrings. Dadurch<br />
soll die Vorhersagequalität eines neuartigen<br />
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für Verbrennungsschwingungen<br />
verbessert werden.<br />
Das Projekt umfasst experimentelle sowie<br />
theoretisch-numerische Arbeiten. Ein kalter<br />
Prüfstand dient zur Untersuchung der Wechselwirkung<br />
der Akustik mit der Raketendüse.<br />
Zusätzlich kann der Einfl uss des Dämpferrings<br />
auf die Akustik im Prüfstand evaluiert<br />
werden. Die Ergebnisse dienen zur Validierung<br />
der numerisch-theoretischen Arbeiten.<br />
Dabei werden zeitabhängige, dreidimensionale<br />
Berechnungen des akustischen Feldes<br />
in der Raketendüse durchgeführt. Der Einfl<br />
uss des Dämpferrings soll über Randbedingungen<br />
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von Simulation und ingenieurmäßigen<br />
Ansätzen des Industriepartners ASTRIUM<br />
und die Erkenntnisse der Experimente werden<br />
gegeneinander evaluiert.
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