Brennstoffabbrand

Die Ermittlung der über Zeit und Kanallänge gemittelten Abbrandgeschwindigkeit des Brennstoffes basiert auf der Annahme, daß die Brennstoffoberfläche sich gleichmäßig zylindrisch während des Ausbrennens erweitert, eine Annahme die nur näherungsweise zutrifft, siehe teilweise ausgebrannte Polyisopren- bzw. HTPB-Block. Mit Hilfe eines Datenanalyseprogrammes wurde die empirischen Einflüße des Oxidatormassenflusses, des Brennkammerdruckes und des Kanalradius auf die gemittelten Abbrandgeschwindigkeiten untersucht. Die Abbranddaten korrelierten am besten mit dem Oxidatormassenfluss und dem Kanaldurchmesser als Einflußgrößen. Für das Abbrandgesetz wurde folgender empirischer Ansatz verwendet:

dr/dt = a G_ox^alpha r ^beta .

Ein anderer Ansatz zur Untersuchung des Brennstoffabtrages ist die Analyse von Tests mit ähnlichen Mittelwerten für Oxidatormassenfluss und Brennkammerdruck, sowie gleichem Anfangswert des Kanalradiuses. Diese Vorgehensweise simuliert das Verhalten eines einzigen Brennversuches über der Zeit. Der durchschnittliche Massenfluss für diese Versuche war ungefähr 9 g/s*cm².

Eine Darstellung des bei Brennschluß erreichten mittleren Kanalradiuses über der Zeit zeigt eine nahezu konstante Abtragrate des Brennstoffes. Der damit zwangsweise ansteigende Brennstoffmassenstrom resultiert in einem abnehmenden O/F-Mischungsverhältnis, siehe Diagramm. Diese Tatsache wird durch die Änderung der farblichen Erscheinung des Abgasstrahles bei Versuchen mit genügend langer Brenndauer von nahezu transparant zu brilliant gelb und einem leicht ansteigenden Brennkammerdruck (max. 10%) bestätigt. Diese Ergebnisse stützen die Aussage, daß über 9 g/s*cm² der Kanalradius der bestimmende Faktor in der Höhe des Brennstoffabtrages ist.Die Fehler in den Korrelationskonstanten a,  alpha und beta sind relativ hoch. Es ergab sich eine bedeutende Änderung im Abtragverhalten bei einem Oxidatormassenfluss jenseits von ungefähr 9 g/s*cm². Aus diesem Grunde wurden zwei Korrelationrn unter und über diesem Wert vorgenommen, siehe nachfolgende Seiten. Die erhaltenen Werte des empirischen Oxidatormassenflussexponenten (0,6 - 0,9) unter 9 g/s*cm² decken sich mit Literaturangaben. Darüber ist der Exponent ungewöhnlich klein. Ingesamt zeigen die Ergebnisse einen überraschend starken Einfluss des Kanalradius.

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