Propulsion System

Wie bereits angedeutet ist das Antriebssystem in jeder Hinsicht die zentrale Herausforderung des Projekts und eines der bemerkenswertesten Charakteristika. Wir haben uns bewußt für diese im Vergleich zu anderen STERN-Teilnehmern wesentlich komplexere Konfiguration aus verschiedenen Gründen entschieden.

Flüssige Treibstoffe sind die Spitzentechnologie für moderne Trägerraketen und somit hilft deren Verwendung unseren Studenten, diese Systeme bereits im Studium praktisch zu erfahren. Ebenfalls aus diesem Grund wird flüssiger Sauerstoff verwendet, da besonders Kryogentechnik, d.h. Tieftemperatursysteme, bei den großen Verwandten zu finden sind. Der Einsatz von Ethanol wiederum macht das System für uns beherrschbarer, ermöglicht einfache Beeinflussung der Verbrennung über Verdünnung mit Wasser und ergibt in Verbindung mit Sauerstoff eine umwelttechnisch unbedenkliche Kombination.

Bedrückungstank

Um die Flüssigkeiten überhaupt verbrennen zu können, müssen sie aus den separaten Tanks gefördert werden. Dafür wird ein kleiner Tank mitgeführt, der Stickstoff unter 200 bar Druck enthält. Schließt man diesen an die eigentlichen Tanks an, drückt der einströmende Stickstoff den Treibstoff heraus, aufgrund der chemischen Eigenschaften ohne mit diesem zu reagieren. Bei dem Tank handelt es sich um einen Paintball-Drucktank, der in einem Schubgerüst aufgehangen und Verkleidet wird. Die Verzweigung verteilt den Massestrom auf die beiden Treibstofftanks.

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Treibstofftanks

Der Sauerstoff- und Ethanoltank sind jeweils identisch aufgebaut: Ein im wesentlichen zylindrischer Tank wird mit einem Durchgangsrohr und verschiedenen Anschlüsse an den Endkappen versehen. Ersteres dient der Durchführung von Kabeln und Stoffen, um keine Leitungen auf der Außenseite verlegen zu müssen, letztere dienen u. a. dem Betanken, Entlüften, Ablassen u. ä. Größere Aufmerksamkeit benötigt aufgrund der Reaktionsfreudigkeit und tiefen Temperaturen (-170°C)  der Sauerstofftank und seine Leitungen.

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Triebwerk

Zuletzt werden Oxidator und Brennstoff unmittelbar hinter dem Leitwerk mit einem Druck von etwa 25 bar in den Injektor geleitet, der beide Medien über Coriolis-Effekte zerstäubt, vermischt und in die Brennkammer leitet. Das Gemisch wird beim Start von Außen gezündet und der entstehende Schub über die Injektorplatte, die Rückseite der Brennkammer, in die tragende Struktur der Rakete geleitet. Für die Brennkammer selbst sind verschiedene Ansätze mit keramischen Werkstoffen in der Erprobung, die aufgrund ihrer thermischen Stabilität attraktiv sind. Eine sichere Lösung ist die Verwendung von Graphit, die auf jeden Fall die gewünschte Brenndauer von ca. 20 s übersteht, allerdings dabei zerstört wird.

As denoted the propulsion system is at all points the vital challenge of the project and one of the most remarkable characteristica. We consciously decided us for this in comparison to other STERN-members much more complex configuration due to different reasons.

Liquid propelants are the state-of-the art technology for modern launcher and consequently the usage give our students the chance, to experience this systems practicaly even during thier studies. Likewise we use liquid oxygen, becuase especially this kryogenic, low temperature systems are applied at the bigger relatives. The application of ethanol on the other hand results in a handable system, enable simple manipulation of combustion by adding water and produce in contact with oxygen a environmental harmless combination.

pressurization tank

The liquids must be conveyed out of their separate tanks to be able to burn them at all. Therefore a small tank filled with nitrogen at a pressure around 200 bar is intended. Connected to the proper tank, the inflowing nitrogen push the propelant out, with out reacting with it because of the chemical attribute. The tank is a standard paintball-tank, attached to the segment-structure with aerodynamic housing. The branch connection is distributing the nitrogen throughput to both propelant tank.

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propelant tank

The oxygen anhd the ethanol tank are designed identical: A mainly zylindrical tank is equipped with a transit pipe and different connections at the end cap. Former enable to lay cable and pipes past a tank without disturbing the external shape, the latter provide fuelling, vebtilation or dumping. Bigger attention is required for oxygen tank and pipe, due to reactivity and low temperature (-170°C).

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engine

At last oxidator and fuel are piped at a pressure around 25 bar in the injector behind the empennage, which is fogging, mixing and feeding it into the combustion chamber. The intermixture is ignited from outside and the resulting push is transfered to the struchture of the rocket by the injectorplate, the back side of the chamber. For the combustor different valuation using ceramics with attractive thermal characteristic are in trial. A reliable solution is the use of graphite, which will endure the desired firing time of 20 sec, but indeed will be destroyed.