Ziel dieser Arbeit ist die Konstruktion von Einspritzsystemen für die Anwendung in einer Überschallmodellbrennkammer, wobei der Fokus für die konzipierten Injektoren auf der Flammenstabilisierung bei möglichst geringen aerodynamischen Druckverlusten liegt. Im Rahmen der Arbeit wurden experimentelle Untersuchungen in einer kontinuierlich betriebenen, modularen Modellbrennkammer bei einer Eintrittsmachzahl von 2,2 und einer Totaltemperatur von 1000 K durchgeführt. Zu Beginn wurden das Zünd- und Stabilisierungsverhalten eines Zentralkörper-Injektors, der im Brennkammermodul konstanten Querschnitts positioniert wurde, untersucht. Drei verschiedene Injektorgeometrien wurden bezüglich der Stabilisierung einer Pilotflamme in deren Nachlauf verglichen. Einer der Injektoren (Strut 2) erwies sich als nicht geeignet, die Pilotflamme zu stabilisieren, da für diese Konfiguration die Strahlen des Brennstoffs und des Oxidationsmittels im Nachlauf sich nicht in einem Punkt treffen. Für die weiteren zwei Injektoren (Strut 1 und Strut 3) erwiesen sich nahe-stöchiometrische Bedingungen im Pilotflammenbereich als optimal, um eine Selbststabilisierung der Pilotflamme unabhängig der Luftmenge aus der dem Nachlauf benachbarten Überschallströmung zu gewehrleisten. Die neuen Injektoren mindern die aerodynamischen Druckverluste im Vergleich mit den vorherigen Einspritzsystemen und unterstützen die Pilotflammenstabilisierung ohne weiteren Flammhalter. Beide Injektoren wurden bezüglich der Stabilisierung einer Methan-Überschallflamme mit positivem Ergebnis weiter untersucht. Allerdings blieb das gesamte Mischniveau in der Brennkammer gering. Verschiedene Strömungsschichten wurden nachgewiesen und das Äquivalenzverhältnis der Brennkammer blieb ebenfalls begrenzt. Während Strut 1 hinsichtlich verbesserter Gemischbildung ausgelegt wurde, wurde für Strut 3 eine Geometrie mit ausgeprägtem Flammhaltereigenschaften gewählt. Für die untersuchten Brennstoffzufuhr-Konfigurationen erwies sich Strut 3 als geeigneter Injektor, da bei diesem die Verbrennung stabiler und die benötigte Brennstoffmenge geringer ist. Die Kombination beider Injektoren mit einem Kavitätswandinjektor brachte kein positives Ergebnis. Das eingespritzte Methan mischte sich nicht mit der Überschallströmung, sodass der Brennstoff nicht gezündet werden konnte.     «

Ziel dieser Arbeit ist die Konstruktion von Einspritzsystemen für die Anwendung in einer Überschallmodellbrennkammer, wobei der Fokus für die konzipierten Injektoren auf der Flammenstabilisierung bei möglichst geringen aerodynamischen Druckverlusten liegt. Im Rahmen der Arbeit wurden experimentelle Untersuchungen in einer kontinuierlich betriebenen, modularen Modellbrennkammer bei einer Eintrittsmachzahl von 2,2 und einer Totaltemperatur von 1000 K durchgeführt. Zu Beginn wurden das Zünd- und S...     »

The design of fuel injection systems for a subscale scramjet combustor has been addressed in this study, with particular attention to achieve good flame stabilization while minimizing the aerodynamic losses introduced by the injectors. Experimental investigations have been conducted in a subscale, direct connected, modular combustor at an entrance Mach number of 2.2 and a total temperature of 1000K. The ignition and stabilization behaviour of a strut injector positioned in the constant cross area section of the combustor has been studied first, and three strut geometries have been compared with respect to their capability of stabilizing a pilot flame in their wake. One of the three struts did not support mixture ignition due to the fact that the pilot fuel and oxidizer were not foreseen to converge into one spot. For the other two struts (Strut 1 and Strut 3) pilot conditions close to stoichiometric have been identified as optimal to guarantee self-sustainment of the pilot flame without depending on the entrainment of air into the wake from the main supersonic flow. The new strut geometries reduced the aerodynamic losses compared to previous injector versions and supported flame stabilization without introducing additional flame holders. Both struts have been further investigated with respect to stabilization of supersonic methane combustion and both successfully supported it. However, the overall level of mixing remained low and led to a stratification of the combustor flow and to limited combustor equivalence ratios. Strut 1 and Strut 3 have been designed to promote mixing and flame holding, respectively. Strut 3 was found superior to Strut 1 for the fuelling configurations studied as the combustion process was more stable and required a lower amount of pilot fuel, while the other performance was comparable for both struts. The combination of both struts with the wall-mounted cavity injector did not provide the expected performance improvement. The injected methane did not mix with the supersonic flow and no successful ignition of the second stage fuel could be achieved.     «

The design of fuel injection systems for a subscale scramjet combustor has been addressed in this study, with particular attention to achieve good flame stabilization while minimizing the aerodynamic losses introduced by the injectors. Experimental investigations have been conducted in a subscale, direct connected, modular combustor at an entrance Mach number of 2.2 and a total temperature of 1000K. The ignition and stabilization behaviour of a strut injector positioned in the constant cross ar...     »