untersuchung der reorientierung von (kryogenen) flüssigkeiten in behältern (COMPERE / COMPERE-CRYO)

abstract

Gesamtziel des Vorhabens war die Untersuchung des Treibstoffverhaltens in Tanks von Raumtransportsystemen. Die Kenntnis des Treibstoffverhaltens in den unterschiedlichen Flugphasen eines Raumtransportsystems ist die Voraussetzung für die optimale Auslegung der Tanksysteme. Die Problematik der Treibstoffhandhabung leitet sich aus den unterschiedlichen Flugphasen, den zugehörigen Anfangs- und Randbedingungen sowie der Beschleunigung des Systems selbst ab. Flugphasen, in denen die Beschleunigung des Raketensystems die Erdbeschleunigung kompensiert, sind mit Versuchen am Boden nur in Ausnahmefällen zu simulieren (statische Verteilung der Flüssigkeit). Der Schwerpunkt der Arbeiten am ZARM lag auf der Simulation ähnlicher Bedingungen, wie sie in Raketenoberstufen während der ballistischen Phase vorliegen, nämlich kompensierte Gravitation oder umgangssprachlich Schwerelosigkeit. Diese Bedingung kann für kurze Zeit im Fallturm Bremen erreicht werden, indem die Versuchanordnung dem freien Fall ausgesetzt wird. Im Einzelnen wurden folgende Themen bearbeitet: Kapillardominierte Flüssigkeitsbewegunge (Oberflächenschwingungen freier Flüssigkeitsoberflächen, Einfluss der Marangoni-Konvektion auf den Randwinkel, Vorbereitung eines Raketenexperimentes SOURCE, numerische Berechnung der Oberflächenform, Berechnung statischer Oberflächen, Dochtwirkung poröser Medien), Schwerkraftdominierte Flüssigkeitsbewegungen (Definition der Anforderungen, Experimentelle Arbeiten), Oberstufentechnologien (Entwicklung eines Kryo-PMD, Phasentrennungstechnologie, Innenliegende thermale Isolation, Außenliegende thermale Isolation, Kryo-Messtechnik).

• J. Gerstmann, M. E. Dreyer and H. J. Rath, Numerical Investigation of the Damped Oscillations of a Liquid/Gas Surface Upon Step Reduction in Gravity, ZAMMZ. Angew. Math. Me., 80 (2000), pp. S717–S718

• M. Michaelis, M. E. Dreyer and H. J. Rath, Experimental Investigation of Free Surface Reorientation Upon Step Reduction in Gravity, in Proceedings of the 9th International Symposium on Flow Visualization, G. M. Carlomagno and I. Grant, Eds., Heriot-Watt University, Edinburgh, 2000, pp. 405/1–405/7

• M. Michaelis, M. E. Dreyer and H. J. Rath, Experimental Investigation of the Free Liquid Interface Oscillation Upon Step Reduction in Gravity, in Proc. Appl. Math. Mech., Bd. 1, 2002, pp. 323–324

• M. Michaelis, M. E. Dreyer and H. J. Rath, Experimental Investigation of the Liquid Interface Reorientation upon Step Reduction in Gravity, Annals of the New York Academy of Sciences, 974 (2002), pp. 246–260

• M. Michaelis, J. Gerstmann, M. E. Dreyer and H. J. Rath, Damping Behaviour of the Free Liquid Interface Oscillation Upon Step Reduction in Gravity, in Proc. Appl. Math. Mech., Bd. 2, 2003, pp. 320–321

• J. Gerstmann, M. Michaelis, M. Dreyer and H. Rath, Numerical Investigation of the Reorientation of a Free Liquid Interface Upon Step Reduction in Gravity, in Proc. Appl. Math. Mech., Bd. 3, 2003, pp. 354–355

• J. Gerstmann, M. Michaelis, M. E. Dreyer and H. Rath, An Applicable Boundary Condition at the Moving Contact Line in Case of a Free Surface Reorientation After Step Reduction in Gravity, in PAMM, Bd. 2, 2003, pp. 316–317

• J. Gerstmann, M. Michaelis and M. Dreyer, Capillary driven Oscillations of a Free Liquid Interface under Non-Isothermal Conditions, in PAMM, Bd. 4, 2004, pp. 436–437

• M. Michaelis and M. E. Dreyer, Test-case No 31: Reorientation of a Free Liquid Interface in a Partly Filled Right Circular Cylinder upon Gravity Step Reduction (PE), Multiphase Science and Technology, 16 (2004), pp. 219–238

• M. Michaelis and M. E. Dreyer, Test-case No 31: Reorientation of a Free Liquid Interface in a Partly Filled Right Circular Cylinder upon Gravity Step Reduction (PE), Begell House, 2005, Kap. 29 , pp. 235–253

• S. van Mourik, A. E. P. Veldman and M. E. Dreyer, Simulation of Capillary Flow with a Dynamic Contact Angle, Microgravity Sci. Tec., 17 (2005), pp. 87–94

• M. Stief, J. Gerstmann and M. E. Dreyer, Reorientation of Cryogenic Fluids Upon Step Reduction of Gravity, in PAMM, Bd. 5, Wiley-Interscience, December 2005, pp. 553–554

• M. Dreyer, Free Surface Flows under Compensated Gravity Conditions , Springer Tracts in Modern Physics, Bd. 221, Springer-Verlag, 2006

• J. Gerstmann and M. E. Dreyer, Axisymmetric Surface Oscillations in a Cylindrical Container with Compensated Gravity, Ann. NY Acad. Sci., 1077 (2006), pp. 328–350

COMPERE-CRYO:
experiment year: 2006
number of drops: 10

COMPERE:
experiment year: 2005
number of drops: 22

experiment year: 2004
number of drops: 8

experiment year: 2003
number of drops: 8

experiment year: 2002
number of drops: 12

experiment year: 2001
number of drops: 24