TITAN – LNG/LOX Expander Cycle Engine

Mission Patch von Titan
©STAR Dresden e.V.

Projekt

Das Projekt Titan umfasst die Entwicklung eines wiederverwendbaren regelbaren Expander Cycle Raketentriebwerks. Wir orientieren uns an der Treibstoffkombination der Zukunft und der, die aktuell in nahezu jedem Trägersystem genutzt wird, welches auf Wiederverwendung von Triebwerken setzt: Methan und Flüssigsauerstoff (LOX). Beziehungsweise in unserem Fall „liquid natural gas“ (LNG), welches zu einem sehr großen Anteil aus Methan besteht. Methan weißt, im Vergleich zu herkömmlichen Treibstoffen wie RP-1 (verfeinertem Kerosin) eine deutlich sauberere Verbrennung auf. Unser Team widmet sich somit dem Zahn der Zeit und einer der Königsdisziplinen der Raketenantriebstechnologie: der Turbopumpenentwicklung.

Subsysteme

Turbopack

Das Turbopack bzw. das Aggregat Turbine und Verdichter ist eines der zentralsten Subsysteme unserer Mission. Hier wird sich der Konstruktion, der Strömungs- und Rotordynamiksimulation von Lauf- und Leiträdern der Turbopumpe und Turbine, sowie der Fertigung gewidmet. Ziel ist es mit möglichst innovativen Ideen und einer geringen Teilanzahl das Design zu realisieren. Besonderer Fokus liegt hierbei auch auf der Auslegung der kryogenen Gleitlager und Dichtungen.

Brennkammer mit regenerativer Kühlung

Der Antrieb der Turbopumpe wird durch eine Turbine realisiert, die auf der selben Welle sitzt. Diese wird durch die Wärmeleistung des Treibstoffs, der zur Kühlung der Brennkammer genutzt wird, angetrieben. Die Auslegung von Brennkammergeometrie, als auch der Kühlkanalgeometrie ist deshalb von oberster Priorität. Auch hier liegt ein großer Fokus auf der Simulation und dem Testen unter realen Bedingungen.

Gehäuse

Das Gehäuse einer Turbopumpe ist nicht einfach eine Box um Treibstoff und Oxidator zu beherbergen, sondern umfasst eine Vielzahl von systemkritischen Komponenten. Beispielsweise die Leiträder der Turbopumpe, Dichtungen sowie Lager für die Antriebswelle auf welcher Turbine und Pumpe sitzen. Im Allgemeinen handelt es sich bei der Strömungsführung um ein spannendes Problem. Neben den großen Herrausforderungen durch thermische Belastung darf auch der Montierbarkeit des Antriebssystem nicht zu kurz kommen.

Testing

Neben high-end Simulationen sind Tests unter realen Bedingungen von ernormer Bedeutung, denn so können potentielle Fehlerquellen entlarvt und Verbesserungsansätze formuliert werden. Aus diesem Grund spielt die Entwicklung von Testsystemen und Infrastruktur eine fundamentale Rolle in unserem Projekt. Eine Sache die wohl jedem ingenieursbegeisterten Menschen das Herz höher schlagen lassen sollte. Im Projekt Titan werden eine große Anzahl an Testmöglichkeiten geschaffen, um Leistungen von Turbine und Verdichter sowie Brennkammer/Injektoren und Kühlkanalgeometrien zu charakterisieren und zu optimieren. Neben der Ausarbeitung von Testprozeduren und dem passenden Risikomanagement, spielt auch Software in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle. Dabei kann auf wertvolle Erfahrungen aus dem Projekt SR Dorado aufgebaut werden.

Kontakt

Anfragen: titan@star-dresden.de

Projektleitung: Peter Scherzer (peter.scherzer@star-dresden.de) & August Horn (august.horn@star-dresden.de)