Untersuchungen zu Sekundärsystemen in Turbopumpen für Flüssigkeitsraketenantriebe

Untersuchungen zu Turbopumpen in Flussigraketenantrieben ist ein Teilaspekt des Projekts KonRAT: Komponenten von Raketenantrieben fur Anwendungen in Transportsystemen der Luft- und Raumfahrt. Dieses Projekt ist dem Ludwig Bolkow Campus zugeordnet, einem Zusammenschluss von Forschung und Industrie in Bayern. Im Bereich der Turbopumpen liegt der Fokus auf dem allgemeinen Kompetenzaufbau im Bereich der Auslegung der Hauptkomponenten und Grundlagenuntersuchungen im Bereich operationellen Lasten, dynamisches Verhalten und Verstandnis fur Dichtungen und die Lagerung. Die hier vorgestellten Arbeiten zu Sekundarsystemen sind in diesen Kontext eingebettet. Dabei werden Lagerkuhlung und Schmierung, Sperrgassysteme und Spaltstromungen unter dem Begriff Sekundarsysteme zusammengefasst. Die Spaltstromungen zwischen rotierenden Bauteilen lassen sich nicht vermeiden und begrenzen den Wirkungsgrad, gleichzeitig werden durch die Druckkrafte in den Spalten Lasten auf den drehenden Teilen generiert. Diese mussen durch die Lager aufgenommen werden, falls sie nicht uber das gesamte System ausgeglichen werden. Ein ublicher Zustand in Turbopumpen, doch gerade beim Einsatz in Flussigkeitsraketenantrieben sind die Lager durch die hohe Drehzahl, axiale und radiale Krafte und die schlechte Schmierung, bei der der kryogene Raketentreibstoff eingesetzt wird, sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Somit sind genaue Kenntnisse uber die wirkenden Radial- und Axialkrafte im Nominalbetrieb fur die Auslegung der Lagereinheit notwendig und spater fur einen sicheren Betrieb der Turbomaschine wichtig. Dazu ist wiederum ein Verstandnis uber die Stromung in den Radseitenraumen erforderlich, da sich daraus eine Druckverteilung und damit Krafte ableiten lassen. Es wurde ein Programm zur Berechnung der Lagerkrafte erstellt. Dieses ist allgemein fur unterschiedliche Turbopumpenkonfigurationen anwendbar. Eine Schnittstelle mit Auslegungsdaten ist vorhanden. Durch die Variation von Eingabedaten mit Hilfe von Zufallszahlen konnen Unsicherheiten in der Vorauslegung berucksichtigt werden. Ergebnisse werden vorgestellt und diskutiert.