Kirner Et Alkirner 1993

7/23/2019 Kirner Et Alkirner 1993

http://slidepdf.com/reader/full/kirner-et-alkirner-1993 1/12

cta stronauticaVol. 29, No. 4, pp. 271-282, 1993 0094-5765/93 6.00 + 0.00

Printed in Great Britain. All rights reserved Copyright ~) 1993 Pergamon Press Ltd

D E V E L O P M E N T ST T U S O F T H E V U L C I N

T H R U S T C H M B E R t

E. IOgNFat , D. THELEMANN an d D. WOLF

Deutsche Aerospace, MBB GmbH, Space Communications and Propulsion Systems Division,

Pos tfach 801169, D8000 Mun ich 80, German y

Received 6 March 1991; received or publication 14 October 1992)

Abstrac t--The Vulca in engine planned to power the cryogenic main s tage of the future Ariane 5

launcher is presently under development. M BB is responsible for the thrust cha mb er of this engine.

Afte r 4 years predevelopment and 2 years development, numerous successful tests have been perform ed

on thrust chamber level and the engine development tests have just s tarted with the first ignition tests .

The thrust cham ber is scheduled to be qualification tested in 1993 and the first technological flight is

plann ed for 1995. The main development results for the thrust cham ber are given in this paper as well

as an outlook of the further development activities.

1. I N T R O D U T I O N

2 T H R U S T C H A M B E R M A I N C H A R A C T E R I S T IC S

T h e A r i a n e 5 re p r e s e n ts t h e n e x t m e m b e r o f t h e

s u c c e s sf u l A r i a n e l a u n c h v e h i c le s f a m i l y . T h e f l i g h t

p e r f o r m a n c e s w i l l b e

* w i t h a n u p p e r s t a g e ( F i g . 1 )

i n G T O m a x 6 80 0 k g p a y l o a d

i n L E O 1 8, 00 0 k g p a y l o a d

• w i t h t h e H e r m e s s p a c e p l a n e 2 3 , 00 0 k g .

I n b o t h c a s e s t h e l o w e r s t a g e i s p o w e r e d b y t w o

s o l i d b o o s t e r s ( P 2 3 0 ) a n d o n e s i n g l e c r y o g e n i c s t a g e

( H 1 5 5 ) . I t s V u l c a i n e n g i n e p r o v i d e s m o s t o f t h e

e n e r g y t o p l a c e p a y l o a d s i n t o t h e o r b i t .

M o r e t h a n 2 0 E u r o p e a n c o m p a n i e s c o n t r i b -

u t e d t o t h e d e v e l o p m e n t o f t h e V u l c a i n en g i n e

(F ig . 2 ) .

T h e E u r o p e a n S p a c e A g e n c y ( E S A ) h a s a ss i g n e d

t h e p r o g r a m m e m a n a g e m e n t t o t h e C e n t re N a t i o n a l

d E t u d e s S p a t i a l e s ( C N E S ) . A s t h e m a i n c o n t r a c t o r

f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e V u l c a i n en g i n e t h e F r e n c h

c o m p a n y S E P h a s b e e n s e l e c t e d .

M B B , a m e m b e r o f t h e D e u t s c h e A e r o s p a c e , h a s

t a k e n o v e r t h e r e s p o n s i b i l i ty f o r t h e d e v e l o p m e n t

o f t h e t h r u st c h a m b e r ( T C ) . W i t h i n t h is t a s k M B B

h a s e n t ru s t e d t h e S w e d i s h c o m p a n y V o l v o F l y g r n o t o r

( V F A ) , T r o l l h / i t t a n , w i t h t h e N o z z l e E x t e n s i o n ,

a n d t h e G e r m a n c o m p a n y M A N , M u n i c h , w it h th e

C a r d a n .

F u r t h e r m o r e , t h e f a c il i ty f o r d e v e l o p m e n t a n d

q u a l i f i c a t i o n t e st s o f t h e T C h a d b e e n r e a l i z e d al s o

u n d e r t h e r e s p o n s i b il i t y o f M B B i n L a m p o l d s h a u s e n ,

G e r m a n y .

T h e m a i n d a t a o f th e V u l c a in T C a r e s u m m a r i z e d

b e l o w :

T o t a l T C t h r u s t ( v a c u u m ) 1 00 7. 7 ( k N )

C h a m b e r p r e s s u r e 1 00 ( b a r )

M i x t u r e r a t i o 5 .6 ( - - )

S p e c i fi c i m p u l s e ( v a c u u m ) > 4 3 9 ( s )

M a s s < 6 2 0 ( k g )

L i f e 2 0 c y c l e s a n d

6 0 0 0 s c u m u l a t e d

l i fe t ime

R e l i ab i l i t y > 0 .99957

O v e r a l l d i m e n s i o n s

- - T o t a l l e n g th 3 0 02 ( m m )

- - N o z z l e o u t e r d i a m e t e r 1 85 5 ( m m )

F i g u r e 3 s h o w s a s k e t c h o f t h e V u l c a i n T C a n d i t s

m a i n c o m p o n e n t s .

T h e f o l l o w i n g f e a t u r e s c h a r a c t e r i z e t h e t h r u s t

c h a m b e r c o n c e p t

- - L O X / L H 2 c o m b u s t i o n

- - -- c o a xi a l p r o p e l l a n t i n j e c t i o n

- - r e g e n e r a t i v e c o o li n g o f t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r

- - d u m p c o o l i n g o f t h e n o z z le e x t e n si o n

- - p y r o t e c h n i c a l i g n i t i o n

- - g i m b a l j o i n t t o t h e s t r u c tu r e .

T h e T C i s c o m p o s e d o f t h e f o l lo w i n g c o m p o n e n t s

- - - -c a r d a n ( C A )

- - i n j e c t o r ( I N )

- - -- c o m b u st io n c h a m b e r ( C C ) a n d

- - n o z z l e e x t e n s i o n ( N E ) .

tPaper IAF-90-239 presented a t the 41st Congress of

the International Astronautical Federation, Dresden,

Germ any, 8 .-12 October 1990.

2.1. Cardan

T h e c a r d a n d e s i g n h a s b e e n s e l e c t e d a s a b a l l t y p e

c a r d a n a f t e r a t h o r o u g h s t u d y o f c o m p a r i s o n b e t w e e n

271



272 E. KIRNER

e t a l

Fig. I . Ar iane 5 launcher .

t h e c r o s s t y p e a n d t h e b a l l t y p e v e r s io n . T h e m a i n

a d v a n t a g e o f t h e b a ll ty p e h a d b e e n f o u n d i n t h e

r e l a t i o n s t i f f n e s s t o m a s s a n d i n t h e c o m p a c t d e s i g n .

H o w e v e r , i t r e q u i r e s a h i g h e r g i m b a l f o r c e b e c a u s e o f

a g r e a t e r f r i c t i o n m o m e n t .

I n F i g . 4 t h e b a l l t y p e c a r d a n i s p r e s e n t e d w i t h i t s

m a j o r c o m p o n e n t s . T h e s e a r e t h e

- - b a l l u n i t , a tt a c h e d t o th e in j e c t o r L O X d o m e

- - s h a f t u n i t , c o n n e c t i n g t h e b a l l a n d s o c k e t u n i t

Fig. 3. Vulcain TC.

- - s o c k e t u n i t at t a c h e d t o t h e th r u s t c o n e

- - b o l t s a n d b e l l o w .

M a i n f e a t u r e s a r e

B a l l d i a m e t e r 1 35 m m

M a s s 3 3 k g

F r i ct io n m o m e n t < 5 k N m

A n g u l a r m o v e m e n t + 5 ° e a c h a x is .

T e c h n i c a l F e a t u r e s

. ~ , ~ - .

H y dr og en t ur bo p u m p i - - - - - - - - - - - 7 ~ ~ G i m b a l . . .

C o m b u s t io n c h a m b e r ~ O x y g e n m je c t to n v a lv e

G as g en era to r - - - - - - - - - - - - - - ~ ~ L ~ O x y g e n tu rb o p um p

duct o f ~ ' " x~ % W ~'e ~'~ -- - S a r e rE xh au st - - ~ , ~ , , l t g ~ . . . . _ _ , ,

h yd ro ge n tu rb o . . k ~ ~ ~ f ~ ' ~ , Z ) f f ' ~ r ~ o t g as v a lv e

pump ' ~ ~ ~ ] i j " Hydrogen i nj ec ti on va l ve

N oz zle y " S ~ r - - - ~ E x h a u s t d uct o f

~ - ~ . , , ~ , ~ k ? ~ oxyge n t ur bo pump

M B B - P a r t i c i p a t i o n

I

t?:i::iiii?: i i::~::i:: ::~BB ::iii::i:: ii i::iiiii i::i::

I::i~ ~.b~~.t.t°~..~.~.~~.

I

VOLVO

Nozzle

I

MAN

Gimbal

S P I

I

F I A T

LOX turbo pump t [ S iP

a s generator [

i i ~i:: :: i i~ ~ ii ::i i~i~a B :: i :: :: i i i i i i i i i iiiiiii t

,V,~ ves or propuls ions~'stem::l

Fig. 2. Vulcain engine.



Vulcain thrust cham ber 273

i ~ ~ L i ~ i ~ i ~ i ~ i l i ~ i i i ~ i ~ i ~ i ~ i ~ ii i~ i l i ~ i ~ ~ i ~ i ~ i ~ i~ i ~ i ~ ? ~ ~ i i ~ i i ~ i ~ i ~ i i ~ ~ i ~ i ~ i ~~ i i~ ~ i ~ i i ~ i i~ ~ i ~ i ~ i ~ i ~~ i ~ i i i i ~ i ~ i i i ~ i i ~ i i i i i i ~ i ~ i i i i i ~i i i i ~ i ~ i i i i ~ i i i ~ i i i i ~ i i i i ~ i

~ ~ iiiiiiiii~i~ iiiii~iiiiiiiii ~ i~ ii~i~ iiiiiiiiiiiiiiii i ~ i~¸¸ ~ii~i~i~i~i~i~i~i~':'... i ~,~~ i~ ~

. . . . . . . . . . . . . . . . . : i i l ~ ~ 1

C ardan fo r Vu lcan Eng ine (HM 60)

Fig. 4. Ball type cardan.

2 2 In jec tor

T h e m o s t e f f ic i en c y i n f l u e n c in g c o m p o n e n t o f t h e

t h r u s t c h a m b e r i s t h e i n j e c t o r . U s i n g t h e c o a x i a l

i n j e c t i o n p r i n c i p l e f o r t h e t w o p r o p e l l a n t s , t h e c e n t r e

b o r e s e r v e s a s t h e f e e d e r f o r t h e l i q u i d o x y g e n a n d

t h e s u r r o u n d i n g a n g u l a r g a p i n j e c ts th e w a r m e d - u p

h y d r o g e n . T h e i n j e c t o r c o n s i st s o f t h e f o l l o w i n g

m a j o r c o m p o n e n t s

L O X d o m e

B a s e b o d y w i t h L O X p o s t s

F a c e p l a t e

H2 s l eeves and H2 s c rews

S c r e w s a n d s e a l s .

T h e L O X d o m e i s a ca s t, H I P - t r e a t e d a n d

m a c h i n e d p i e c e m a d e f r o m I n c o n e l 7 18 . T h e b a s e

b o d y i s m a c h i n e d f r o m a f o r g e d I n c o n e l 7 1 8 p l a te .

I n 5 1 6 d r i l l e d h o l e s t h e L O X p o s t s a r e d i f f u s io n

b o n d e d . I n t h e c e n t r e h o l e t h e i g n i t e r tu b e i s

a r r a n g e d . T h e g a s e o u s h y d r o g e n i s i n t r o d u c e d i n t o

t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r b y m e a n s o f t h e H 2 - sl ee v es

s c re w e d o n t h e L O X p o s t s. T h e f a ce p l a te m a d e o u t

o f p u r e c o p p e r i s f ix e d b y C u C r s cr e w s o n t h e L O X

p o s t s . F i g u r e 5 s h o w s t h e b a s e b o d y w i t h 5 1 6 L O X

p o s t s r e a d y f o r a s s e m b l y .

2 3 C omb us t ion chamber

T h e l if e d e t e r m i n a t i v e c o m p o n e n t o f t h e t h r u s t

c h a m b e r i s th e r e g e n e ra t i ve l y c o o l e d c o m b u s t i o n

c h a m b e r w i t h i t s l i n e r. T h e l a t t e r i s d e s i g n e d t o

w o r k w i t h i n t h e p l a s t i c r a n g e u p t o 3 s t r a i n . T h e

l i n er is f a b r i c a te d o u t o f a v a c u u m c a s t b l a n k f r o m

Fig. 5. Injector base body.



274 E. KIRNERet al

a CuAgZr alloy. It contains 360 cooling channels

closed out by an electrodeposited nickel shell. The

manifolds for the inlet and outlet of the coolant are

made from Inconel 718, both attached to the chamber

body by EB welding. Figure 6 shows the CC liner

with the slots filled with wax and prepared for the

electrodeposition process.

2 4 Nozzle extension

The dump cooled NE subcontracted from MBB

to VFA Sweden), is one of the most filigree com-

ponents of the HM60-thrust chamber. It consists

mainly of the

• structure

• inlet manifold

e outlet manifo ld with the brackets for the

TP exhaust pipes and with 228 nozzlets for

exhausting the dump and

• various stiffener rings.

The structure is composed of 456 square tubes of

0.4 mm wall thickness, 4 mm outer dimensio n and

constant cross section. The tubes are made out of

Inconel 600, as well as all other NE components.

The tubes are bent in a special arrangement, thus

covering the increasing surface area of the nozzle

extension. Fixed on a cone with wire the tubes are

TIG welded together by means of a robot welding

machine developed within the frame of the contract.

All the manifolds and the stiffeners are attached by

welding. The total weld seam length is aroun d 2000 m

per each NE.

The NE surface is 7.6 m:. The mass of the engin-

eering model is around 220 kg. Its flight version is

expected to have 170 kg, yielding a surface mass o f

2.2 g/cm:. Figure 7 shows the finished NE with

instrumentatio n ready for TC integration.

3 THRUST CHAMBER DEVELOPMENT

The development of the TC is performed in two

parts:

a preparatory phase and

a development phase.

3 I Preparatory phase

After several studies in the period 1980-1984 the

preparatory phase for the TC and TC-components

had been performed from Oct ober 1984 to 1987.

The main objectives can be summarized as follows

--to develop the adequate software for model-

ization and calculation

to create the required technologies respectively

to adapt existing technologies from previous

programmes

--to realize the necessary facilities for manu-

facturing and testing

--to design and manufacture subscale hardware

for the demonstration and optimization of

critical development items in hot tests.

3 1 1 Software for modelization and calculation

Numerous finite element models for the total TC

and its components have been established to

determine stresses, masses, centres of gravity and

moments of inertia, to ensure an optimized com-

ponent design. Computer programmes for calcu-

lations of the following main design works have been

established, adopted to the present task and perma-

nently improved on the basis of hot test results gained

from previous in-house and external development

programmes and from the below described HM60

subscale programme.

These are, in detail, programmes for the

calculation of

the thermodynamic and transport properties of

the relevant fluids

Fig. 6. Combustion chamber liner.



Vulcain thrust chamb er 275

- - t h e g e o m e t r i c a l d e f i n it i o n o f th e c o n t o u r o f

c o m b u s t i o n c h a m b e r a n d n o z z le e x t e n si o n

- - t h e p l a s t ic st r es s a n d s t r a i n o f t h e C C h o t g a s

w a l l r e s u l t i n g i n l i f e p r e d i c t i o n

- - t h e c o o l i n g p e r f o r m a n c e s a n d p r e s s u r e d r o p s

f o r C C a n d N E

- - t h e t r a n s i e n t a n d s t e a d y s t at e b e h a v i o u r o f

c r y o g e n i c r o c k e t e n g i n e s .

F u r t h e r m o r e p r o g r a m m e s f o r p re d i c ti o n o f

i g n i t i o n a n d s t a r t u p b e h a v i o u r o f s t a b i l it y a t l o w

a n d h i g h f r e q u e n c i e s a n d f o r t h e c a l c u l a t i o n o f

s u p e r s o n i c f l o w e x p a n s i o n i n n o z z l e s h a v e b e e n

d e v e l o p e d a n d p e r m a n e n t l y c h e c k e d a n d a d a p t e d

o n t h e b a s i s o f a v a i l a b l e t e s t r e s u lt s .

3 1 2 Technologies

W i t h i n t h e p r e p a r a t o r y p h a s e

c r i ti c a l m a n u f a c t u r i n g s t ep s o f a l l T C c o m p o n e n t s

h a d b e e n i n v e s t i g a t e d a s w e ll a s a l l to o l s a n d d e v i c e s

f o r f a b r i c a t i o n a n d c o l d t e s t i n g w e r e r e a l i z e d i n t h e i r

b a s i c v e r s i o n .

A f t e r a n i n t e n s i v e c o m p a r i s o n s t u d y o f d i f f e r e n t

c a r d a n c o n c e p t s t h e c a r d a n d e s i g n w a s s e l e c t e d a s a

ba l l t ype w i th re s pec t to the ex ce l l en t ma s s to s t i f fne s s

r a t io . T h e i m p o r t a n t i t em f o r t h i s c o m p o n e n t w a s t o

s e le c t s u i t a b l e g l id i n g f o i l s e n s u r i n g t h e r e q u i r e d l o w

f r i ct i o n m o m e n t a c c e p t a b l e w e a r o u t b e h a v i o u r a n d

h i g h r e s i s t a n c e a g a i n s t p e e l i n g of f. A P T F E b a s e d f o i l

w a s c h o s e n w h i c h f u l f i ll e d t h e r e q u i r e m e n t s i n t h e

b e s t w a y .

F o r t h e i n je c t o r t w o m a j o r p r o b l e m a r e a s h a d

o c c u r r e d d u r i n g t h e d e v e l o p m e n t . T h e f i r s t o n e c o n -

c e r n e d t h e c a s t in g p r o c e s s o f t he c o m p l i c a t e d L O X -

d o m e w h i c h y i e l d e d s o m e s c r a p s in t h e b e g i n n i n g .

H o w e v e r a f t e r so m e m o d i f i c a t i o n s o f t h e c a st i n g

t o o l s a n d o p t i m i z a t i o n o f t h e d e s i g n w i t h r e s p e c t t o

t h e r e q u i r e m e n t s f r o m t h e c a s t i n g p r o c e s s t h e p r o -

d u c t i o n o f t h i s I n c o n e l 7 1 8 p a r t i s n o w r u n n i n g

w i t h o u t p r o b l e m s . T h e s e c o n d p r o b l e m a t i c i t e m h a d

b e e n f o u n d i n t h e L O X p o s t s t o in j e c t o r b a s e b o d y

c o n n e c t i o n . E x c e s s iv e t e c h n o l o g i c a l w o r k h a d b e e n

Fig. 7. Nozzle extension ready for integration.



276 E. KIRNER

et al

p e r f o r m e d i n o r d e r t o s e l ec t t h e m o s t r e l i a b l e a n d

c o s t e f fe c t iv e c o n n e c t i o n t e c h n i q u e b e t w e e n t h e t h r e e

m o s t p r o m i s i n g m e t h o d s , i .e .

- - t o s p a r k e r o d e t h e 5 16 p o s t s o u t o f a f o rg e d

I n c o n e l 7 1 8 p l a t e

- - t o c o n n e c t s e p a r a te l y f a b r i c a t e d L O X p o s t s w it h

b a s e b o d y b y f r i c t io n w e l d i n g o r

- - t o c o n n e c t p o s t s a n d b a s e b o d y b y m e a n s o f

d i f f u s i o n b o n d i n g .

3 1 4 S u b s c a le p r o g r a m m e

A s u b s c a l e t h r u s t

c h a m b e r p r o g r a m m e h a d b e e n i n i t i a t e d , i n o r d e r t o

inves t iga te s ome c r i t i c a l de s ign fea tu re s . The ex i s t -

i n g H M 7 - T C - t e s t f a c i li t y i n O T N w a s a d a p t e d t o

t h e V u l c a i n s u b s c a l e c o n d i t i o n s . W a t e r c o o l e d a n d

r e g e n e r a t i v e l y c o o l e d T C s s u b s c a l e d b y 1 2 7 (t h r u s t )

w i t h a 1 9 e l e m e n t i n j e c t o r h a d b e e n d e s i g n e d ,

m a n u f a c t u r e d a n d t e s t e d ( F i g . 9 ) . T h e f o l l o w i n g

o b j e c t i v e s h a d b e e n i n v e s t i g a t e d a n d s u c c e ss f u ll y

d e m o n s t r a t e d :

R e g a r d i n g a l l a s p e c t s, l i k e s a f e t y , r e l i a b i l i ty a n d c o s t ,

t h e l a s t m e t h o d h a d f i n a l ly b e e n s e l e c t ed .

T h e m a i n t e c h n o l o g i c a l e f fo r t s f o r th e p r e d e v e l o p -

m e n t o f th e c o m b u s t i o n c h a m b e r h a d b e e n co n c e n -

t r a t e d o n t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e p r o p e r t i e s o f t h e

i m p r o v e d l i n er m a t e r i a l C u A g 3 Z r 0 . 5 i n t he t o t a l

a p p l i c a t i o n r a n g e , i . e. b e t w e e n 2 0 a n d 7 00 K . A l s o

t h e b o n d s t r e n g t h t o e l e c t r o p l a t e d n ic k e l h a d b e e n

t h o r o u g h l y i n v e s t i g a t e d .

F u r t h e r m o r e , t h e H 2 e m b r i t t l e m e n t r i sk f o r t h e

r e l e v an t c o m p o n e n t m a t e r i a l s h a d b e e n s t u d i e d i n

d e t a i l ( i. e . C u , N i a n d t h e i r a l l o y s ) . E s p e c i a l ly t h e

o p t i m i z a t i o n o f t h e c a s t i n g a n d f o r g i n g p r o c e s s f o r

t h e l i n e r b l a n k c o n s u m e d a l o t o f ti m e a n d e f f o r t u n ti l

t h e r e q u i r e d q u a l i t y c o u l d b e r e a c h e d .

T h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y f o r t h e N E h a d a l r e a d y

b e e n d e v e l o p e d b y M B B w i t h i n t he A r i a n e 1 p r o -

g r a m m e . T h i s t e c h n o l o g y h a d b e e n t r a n s f e r r e d t o

V F A a n d a d a p t e d t o t h e s i g ni f ic a n t e n l a r g e m e n t

o f t h e n o z z l e e x t e n s i o n f o r t h e V u l c a i n e n g i n e i n

t h e A r i a n e 5 p r o g r a m m e . A l l d ev i ce s f o r b e n d i n g ,

b u n d l i n g , w e l d i n g a n d h a n d l i n g h a d b e e n r e a l i z e d .

T h e m a i n e f f o r t s h e r e h a d b e e n p u t o n t h e d e v e l o p -

m e n t o f a r o b o t w e l d i n g sy s t e m , b e c a u s e h a n d w e l d -

i n g w a s n o l o n g e r r e a s o n a b l e w i t h r e s p e c t t o t h e

w e l d s e a m l e n g t h o f a b o u t 2 0 0 0 m f o r e a c h n o z z l e

e x t e n s i o n .

3 1 3 F a c i l i t i e s

T w o m a j o r f a c i li t ie s f o r t h e T C

d e v e l o p m e n t h a d t o b e r e a li z e d a n d a d a p t e d . T h e

G a l v a n i c p l a n t u s ed f o r A r i a n e 1 w a s t o o s m a l l

f o r t h e l ar g er p r e p a r a t i o n - - a n d e l e c t r o d e p o s i ti o n - -

b a t h e s r e q u i r e d f o r A r i a n e 5 . T h e e x i s t i n g b u i l d i n g

h a d b e e n e x t en d e d a n d l a r g e r b a t h e s h a d b e e n p r o -

c u r e d , i n s t a l l e d a n d a c t i v a t e d .

A s a t e s t a r e a f o r T C h o t t e s t s , t h e e x i s t i n g

f a c i li t ie s i n L a m p o l d s h a u s e n o n t h e p r e m i s e s o f

D L R ( D e u t s c h e L u f t - u n d R a u m f a h r t a g e n t u r ) h a d

t o b e m o d i f i e d a n d a n e w h o t t e s t f a ci l i ty , c a l l e d

P 3 . 2 , h a d b e e n d e s i g n e d a n d c o n s t r u c t e d d u r i n g t h e

p r e d e v e l o p m e n t p h a s e u n d e r a s e p a r a t e c o n t r a c t

f r o m C N E S ( s e e F i g . 8 ) . T h i s h i g h p r e s s u r e f e d

f a c i l it y a l l o w s c h a m b e r p r e s s u r e s u p t o a b o u t 1 50 b a r

c o r r e s p o n d i n g t o a t h r u s t o f a b o u t 1 50 0 k N . F o r

r e fe r e nc e p o i n t c o n d i t i o n s a r u n d u r a t i o n o f a b o u t

17 s i s pos s ib le , t he l im i t a t ion i s r e s u l t ing f rom the

t a n k c a p a c it i e s f o r t h e L H 2 - - r e s p . L O X - - r u n t a n k s.

T h e t e s t fa c i l it y h a d b e e n e s t a b l i s h e d w i t h a s u i t-

a b l e c o n t r o l a n d m e a s u r e m e n t c e n t r e d u r i n g t h e

p r e d e v e l o p m e n t p h a s e .

- - c o m b u s t i o n ef fi ci en c y o f m o r e t h a n 99 w i t h

o p t i m i z e d i n j e c t i o n e l e m e n t g e o m e t r y h a v i n g

a p r o p e l l a n t v e l o c i ty r a t i o o f 2 1 a n d a r e c e ss

o f t h e L O X p o s t s o f 3 m m . S w i r le r s i n th e

L O X p o s t s d i d n o t i m p r o v e s i g n i f i c a n tl y t h e

eff ic iency

- - n o h i n t s o n c o m b u s t i o n i n s t a b i l i t i e s

- - t h e t h e r m a l a n d m e c h a n i c a l i n t e g ri t y o f t h e

s t a b i l i t y i m p r o v i n g d e v i c e s l i k e th e 6 0 m m l o n g

ba f f l e s and the acous t i c c av i t i e s

- - t h e r m o - m e c h a n i c a l i n t e g r i t y o f t h e n e w l i n e r

m a t e r i a l

- - j e t s e p a r a t i o n i n a w a t e r c o o l e d s u b s c a l e d

C u - n o z z l e t o d e m o n s t r a t e t h e t r a n s i e n t a l

b e h a v i o u r o f t h e n o z z l e f l o w a n d d e f i n e t h e

c o r r e c t c o n t o u r w i t h r e s p e c t t o s i d e l o a d s a n d

nozz le e f f ic i ency

- - c o o l i n g p e r f o r m a n c e o f t h e t u b u l a r s u b s ca l e d

d u m p c o o l e d n o z z l e h a v i n g t h e i n l e t a t a n o z z l e

a r e a r a t i o o f 5 .

Fig . 8. TC test facility P3 .2 in Lam poldshausen.



Vulcain thrust cham ber 277

3 2 Development phase

T h e T C d e v e l o p m e n t w a s i n i t ia t e d i n 1 9 88 a n d i s

s c h e d u l e d t o b e c o n c l u d e d i n 1 9 94 . W i t h i n t h i s p e r i o d

t h e T C w i l l b e

• d e s i g n e d ( i n c l u d i n g 3 r e d e s i g n c y c l e s )

• f a b r i c a t e d ( 30 o p e r a t i o n a l T C s )

• t e s t e d a t T C l e v el ( ~ 2 2 0 t e s t s )

• t e s t e d a t m o t o r l e v e l ( ~ 4 0 0 t e s ts )

• qua l i f i ed (a t TC l eve l ) .

T h e g e n e r a l d e v e l o p m e n t l o g i c i s t o i m p r o v e t h e

T C s t e p w i s e f r o m a f i rs t e n g i n e e r i n g ( E ) - t y p e v e r s io n

u p t o t h e f i n al f l i g h t v e r s i o n t a k i n g i n t o a c c o u n t b o t h

t h e o r e t ic a l a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l ts g a i n e d d u r i n g t h e

d e v e l o p m e n t p h a s e ( F i g . 1 0 ) .

F o u r d i f f e r e n t h a r d w a r e d e s i g n s t a t u s w i l l b e

r e a l i z e d w h i c h a l l o w s f o r t h r e e r e d e s i g n - c y c l e s :

• E - t y p e h a r d w a r e i s a b a t t l e s h i p - l i k e d e s i g n v e r s io n

• P I ( P r o t o t y p e l ) i s b a s e d o n F E M - c a l c u l a t i o n s

a n d p a r t i a l l y o n t e s t r e s u l t s g a i n e d w i t h t h e

E - t y p e T C

• P I I ( P r o t o t y p e 2 ) t a k e s i n t o a c c o u n t t e s t r e s u l t s

f r o m E - a n d P I - T C a n d f i r s t e n g i n e t e s t r e s u l t s

, P I I I ( P r o t o t y p e 3 ) i s t h e f in a l v e r s io n t o b e

q u a l i f i c a t i o n t e s t e d , w h i c h c o n s i d e r s a l l a v a i l a b l e

i n f o r m a t i o n i n c l u d i n g m o t o r t e st r e s u lt s .

3 2 1 Design status

T h e d e s ig n o f t h e E - a n d

P I - t y p e T C s i s c o n c l u d e d . T h e P I I - t y p e T C d e s i gn i s

p r e s e n t l y i n p r o g r e s s . S e v e r a l m o d i f i c a t i o n s r e l a t i v e

t o t h e p r e v i o u s T C t y p e s w i l l b e i m p l e m e n t e d i n t o t h i s

d e s i g n , w h i c h r e s u l t s f r o m T C h o t t e s t s a n d f r o m

f a b r i c a t i o n e x p e r ie n c e . M a j o r m o d i f i c a t i o n s a re :

• T h e c a r d a n i s p r e s e n t l y i n o p t i m i z a t i o n r e l a t i v e t o

m a s s , s t i ff n e s s a n d f r i c t i o n m o m e n t

~ - . ~ . ~ ~ i ~ ~ ~ i . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . "

~

ii i :'(- ,

Fig. 9. Subscale experimental TC.

•

I n j e c t o r p r e ss u r e d r o p

T h e o x y g e n - p r e s s u r e d r o p i n t h e i n j e c t o r i s

i n c r e a s e d t o p r o v i d e h i g h e r m a r g i n a g a i n s t l o w

f r e q u e n c y c h a m b e r p r e s su r e o s c i l l a t io n s

• L O X - d o m e c a s t i n g

S e v e r a l d e s ig n m o d i f i c a t i o n s h a v e b e e n a p p l i e d t o

r e d u c e f a b r i c a t i o n c o s t a n d s c r a p r a t e

1 9 9 1 1 9 9 9 1 9 9 o j

D E S J G N F A B R I C A T I O N

D E S I G N F A B R I C A T I O N

III

4 I

l P

iiiiii ii

1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4

, p i . T y p e

l i e J l l l m B i m ~

T T E S T I N G

Pn Type

P I I J M O T O ~ T E S T IN G

T y p e

Fig. 10. Vulcain TC development plan.



278 E. KIRNERet al

• C o m b u s t i o n c h a m b e r c o o l i n g j a c k e t

I n o r d e r t o i n c r e a s e th e C C l i fe b e y o n d t h e

s p e c if i e d v a l u e t h e h e i g h t o f t h e c o o l i n g c h a n n e l s

w i l l b e r e d u c e d

B y t h i s m e a s u r e t h e l o w c y c l e f a t i g u e l i f e o f t h e

c h a m b e r w i l l b e i n c r e a s e d b y a f a c t o r o f 2.

• N o z z l e e x t e n s i o n s t if f e n in g

T h e n o z z l e is st i ff e n e d b y a d d i t i o n a l h a t b a n d s i n

o r d e r t o a v o i d b u c k l i n g u n d e r e x t r e m e c o n d i t i o n s

d u r i n g s t a r t - a n d s h u t - d o w n t r a n s i e n t s .

M i n o r m o d i f i c a ti o n s m i g h t b e i n t r o d u c e d r e s u lt i ng

f r o m e x p e r i e n ce g a in e d o n f u r t h e r T C a n d e n g i n e

tes ts .

3 2 2 F a b r i c a t i o n s t a t u s A t o t a l o f 3 0 o p e r -

a t i o n a l T C s a n d 2 f u l ls c a le m o c k - u p s a r e p l a n n e d

t o b e f a b r i c a t e d . T h e r e p a r t i t i o n o f t h e s e T C s i s

a s f o ll o w s : 8 fo r T C - d e v e l o p m e n t , 1 5 f o r m o t o r

d e v e l o p m e n t , 5 s p a r e s a n d 2 f o r t h e t e c h n o l o g i c a l

f l i g h t s . P r e s e n t l y 6 T C s a r e a v a i l a b l e f o r t e s t i n g ,

3 o f th e m a r e d e l iv e r e d to S E P f o r m o t o r i n te -

g r a t i o n . I n a d d i t i o n 1 0 T C s a r e i n f a b r i c a t i o n a t

v a r i o u s f i n a l i z a t i o n s t a tu s .

R e c e n t l y a p r o b l e m i n t h e e l e c t r o d e p o s i ti o n p r o -

c e s s o c c u r r e d ; d u e t o a n i m p u r i t y i n t h e g a l v a n i c

b a t h t h e r e q u e s t e d N i - l a y e r st r e n g t h c o u l d n o t b e

a c h ie v e d . T h e N i - o u t e r s h el l o f f o u r c h a m b e r s h a d t o

b e p a r t i a l l y r e m o v e d a n d r e w o r k e d a f t e r r e g e n e ra t i o n

o f t h e b a t h e s .

3 2 3 S t a t u s o f t e s t i n g a t t h e T C l e ve l T e s t i n g

c o m p r i s e s c o l d t e s ti n g o n s u b c o m p o n e n t l e v e l e . g.

i n j e c t o r , c o m b u s t i o n c h a m b e r ) , o n i n t e g r a t e d T C

l e v el a n d h o t t e s t i n g o f t h e T C o n t h e p r e s s u r e f e d t e s t

f a c il i ty P 3. 2 i n L a m p o l d s h a u s e n , G e r m a n y .

A l l su b c o m p o n e n t s w e r e e x p o s e d to n u m e r o u s

n o n d e s t r u c t i v e c o l d t e s t s e . g. p r e s su r e - , l e a k -

a n d t h e r m o c h e c k t e s t s ) b e f o r e r e l e a s e f o r T C

i n t e g r a t i o n .

A t o t a l o f 22 0 t e s ts w i t h th e i n t e g r a t e d T C a r e

p l a n n e d , o f w h i c h a b o u t 2 0 0 a r e h o t t e s t r u n s . T h e

m a i n o b j e c t i v e s o f h o t t e s t i n g a r e

• p r o o f o f h a r d w a r e t h e r m a l a n d m e c h a n i c a l

i n t e g r i t y

e d e m o n s t r a t i o n o f t h e t h e o r e ti c a l ly p r e d i c t e d

d e s ig n d a t a a n d a d a p t i o n o f m o d e l i z a t io n s

p e r f o r m a n c e , c o o l i n g , e t c ) .

• p r o o f o f c y c l e l i f e

• p r o o f o f c o m b u s t i o n s t a b i li t y

• d e m o n s t r a t i o n o f m a r g i n s

e i n v e s t i g a t i o n o f T C b e h a v i o u r u n d e r s p e c if i c

fa i lu re s

• p r o o f o f R A M S a s p e c ts R e l i a b il i ty , A v a i l a b i l it y ,

M a i n t a i n a b i l i t y , S a f e ty )

• a n a l y s i s o f i g n i t i o n , st a r t a n d s h u t - d o w n

• a c h i e v e m e n t o f t h e q u a l i f i c a t i o n o n T C l e ve l .

A t o t a l o f 7 0 s u c c e s s f u l T C t e s t s w e r e p e r f o r m e d

u n t i l A u g u s t 1 9 9 0 . T h e T C h a s b e e n t e s t e d i n t h e

e n t i r e o p e r a t i o n a l a n d e x t r e m e e n v e l o p e F i g . 1 1) ,

w h e r e i n , d e p e n d i n g o n t h e t y p e o f t e st , th e e x p l o -

r a t i o n o f u p t o f i v e e n v e l o p e p o i n t s w a s a c h i e v e d

w i t h i n o n e p a r t i c u l a r r u n . T h e m o s t e s s e n t i a l r e s u l ts

a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g .

3 2 4 I gn i t i on and s t a r t up

R e l i a b l e i g n i t i o n i n

n o r m a l T C h o t t e s t s i .e . h i g h p r e s s u r e s t a r t u p ) i s

a c h i e v e d b y u s i n g a p y r o t e c h n i c a l i g n i t e r h a v i n g a

m a s s f l o w o f 3 0 0 g / s a n d a f l a m e t e m p e r a t u r e o f

a b o u t 2 2 0 0 K .

I n s p e ci f ic te s t s i g n i t i o n o f t h e T C w a s i n v e s t i -

g a t e d e v e n u n d e r e x t r e m e p r o p e l l a n t i n l e t c o n d i t i o n s

i . e . t e m p e r a t u r e , p r e s s u r e , i g n i t e r m a s s f l o w , p u r g -

ing ) . The re s u l t s ga ined in th i s pa r t i cu la r t e s t s e r i e s

a r e t h e b a s i s f o r t a i l o r i n g t h e e n g i n e i g n i t io n a n d s t a r t

s e q u e n c e u n d e r l o w p r e s s u r e t a n k h e a d c o n d i t i o n s .

F i g u r e 1 2 s h o w s a t y p i c a l i g n i t i o n a n d s t a r t s e q u e n c e .

110

8 0

4 ~

9 0 -

7 s

120

m

e~o e 5

C o m b u s t i o n M i x t u r e R a t i o

[ - ]

7 0

Fig. 11. Achieved test points.



V u l c a i n t h r u s t c h a m b e r

II

O

j

~ _

tO

~ ' E + •

[~ I I I I I I I i I I

- 2 . 0

- 1 . 5

- [ . 0 - 0 . 5

I g n i te r P r e ~ u r e

x

T + T

l

L O X -

V a l v e

P o s i l i o n

C h a m b e r

P r e s s u r e

0 . 0

l i l t i J l

i 1 1 1 i , ,

0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0

T i m e

I s ]

i i i i i 1 ~ 1 i i i i i i i i

2 . 5 5 . 0 5 . 5 4 . 0

F i g . 1 2 . I g n i t i o n a n d s t a r t u p s e q u e n c e ( t a n k h e a d s t a r t) .

279

3 2 5 Co m b u s t io n s ta b i l i ty

I n e a c h T C t e s t sp e c i fi c

c a r e i s t a k e n o n t h e o c c u r r e n c e o f p o s s i b l e l o w

f r e q u e n c y L F ) a n d h i g h f r e q u e n c y H F ) in s t ab i l it i e s;

u p t o n o w , e v e n u n d e r a d v e r s e t e s t c o n d i t i o n s , n o

i n s t a b i l i t i e s c o u l d b e o b s e r v e d .

A t y p i c a l r e c o r d o f t h e f e e d l i n e fr e q u e n c i e s i n

t h e L O X - d o m e i s s h o w n i n F i g . 13 f o r th e t r a n s i e n t

p h a s e s a n d f o r a m a i n s t a g e c o n d i t i o n a s i n d i -

c a t e d . T h e d i a g r a m s s h o w f r e q u e n c i e s b e l o w 5 0 0 H z

c h u g g i n g ) , m a i n l y d e t e r m i n e d b y t h e h y d r a u l i c

d a t a o f th e f e ed l in e s a n d t h e L O X - d o m e a n d v a r y i n g

w i t h t h e c o n d i t i o n s o f th e L O X d u r i n g t h e t r a n s i e n t

p h a s e s i n s t a r t a n d s h u t d o w n . T h e s e c o n d r e m a r k -

a b l e f r e q u e n c y i s t h a t a b o u t 1 50 0 H z , i n d e p e n d e n t

O s < t < 6 s d t = 2 O O m s

6

o 5 0 0 1 o o o lS O O 2 0 0 0

F r e q u e n c y r H z l

F i g . 1 3 . S t a r t p h a s e a n d m a i n s t a g e ( P c = 1 0 9 b a r , O / F = 6 . 6 ) f r e q u e n c y a n a l y s i s .



280

E . K m N E P .

et al.

OOO

I I I i t I I I I I I I I I I I l l I I I I I I I ~ ' ~ L I I I I I I

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L e n g t h [ c m }

Fig. 14 . Predic ted heat t ransfer ra te and c oola nt temp era ture as a funct ion o f cham ber axia l pos i t ion .

f r o m t h e t r a n s i e n t c o n d i t i o n s a n d a p p a r e n t l y a

m e c h a n i c a l r e s o n a n t f r e q u e n c y o f t h e L O X d o m e .

T h e l o w f r e q u e n c i e s h a v e b e e n r e d u c e d s i g n i f i c a n t l y

b y t h e al r e a d y m e n t i o n e d m o d i f i c a t io n o f t h e L O X

r e s t r i c t o r o r i f i c e s .

I n t h e H F - r a n g e a b o v e 2 0 00 H z n o s i g ni f ic a n t

f r e q u e n c i e s a r e d e t e c t a b l e .

3.2 .6 Cool ing per form ance .

I n F i g s 1 4 a n d 1 5

t h e c o o l i n g p e r f o r m a n c e o f b o t h a c t iv e l y c o o l e d

c o m p o n e n t s , i .e . C C a n d N E a r e p r e s en t e d . F o r

b o t h c o m p o n e n t s g o o d a g r e e m e n t o f t h e o r e ti c a l a n d

e x p e r i m e n t a l v a l u e s i s f o u n d .

3.2.7. Combustion efficiency.

T h e e x p e r i m e n t a l

c o m b u s t i o n p e r f o r m a n c e v a l u e s a r e p re s e n t e d a s a

f u n c t i o n o f th e p r o p e l l a n t m i x t u r e r a t i o i n F i g . 1 6.

S o m e u n c e r t a i n t i e s m a y h a v e l e d t o t h e s c a t t e r -

i n g o f t h e m e a s u r e m e n t v a l u e s , e .g , L O X f l o w -

m e t e r s w e r e n o t c a l i b r a t e d i n t h e o r i g i n a l m e d i u m

a n d s o m e p r o b l e m s w i t h f r e e zi n g o f th e c h a m b e r

p r e s s u r e t r a n s d u c e r c a p i l l a r i e s o c c u r r e d . H o w e v e r ,

t h e c * e f fi c ie n c y r e q u i r e m e n t o f 9 9 c a n b e

a c h i e v e d .

3.2.8. Sideloads .

D u r i n g s t a r t u p a n d s h u t

d o w n t r a n s i e n t s t h e T C i s e x p o s e d t o s e v e r e l a t e r a l

v i b r a t io n s c a u s e d b y n o n a t t a c h m e n t a n d s e p a r a t i o n

o f t h e h o t g a s e s a t t h e n o z z l e w a l l . I n s e v e r a l h o t t e s t s

t h e d e s i g n l o a d a s s u m p t i o n s f o r t h e s e s i d e l o a d s o f

5 0 k N a c t i n g a t t h e n o z z l e e n d h a v e b e e n v e r i f ie d b y

m e a s u r e m e n t o f t he r e a c t i o n f o r ce s i n a c tu a t o r s t r ud s

s u p p o r t i n g t h e h o r i z o n t a l l y a r r a n g e d T C i n t h e t e s t

be nc h ( F i g . 17 ) .

F i g u r e 1 8 s h o w s t h e r e a c t i o n f o r c e s m e a s u r e d

d u r i n g a t y p i c a l t e s t r u n , i n d i c a t i n g h i g h p e a k l o a d s

i n t h e s t a r t u p , t h e r e l a t i v e ly l o w r e a c t i o n o n t h e

I o o 0 -

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7 0 0 1

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8 0

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4 0

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1 5 0

2OO

Fig. 15 . Predic ted and expe r imenta l coolan t tempera ture as a funct ion of the NE axia l pos i t ion .



1,00

0 , 9 9 ,

1 0 2

1.01

0 , 97 ,

4 , 5

Vulcain thrust chamber

5 , 0 5 , 5 6 , 0 6 . 5 7 , 0

o m b u s t i o n

ix ture Ratio

Fig. 16. Comb ustion efficiency at nom inal cha mb er pressure.

7 5

281

c o m b u s t i o n n o i se d u r i n g m a i n s t ag e a n d a g a i n h i g h e r

l o a d s d u r i n g s t o p t r a n s i e n t s .

3 2 9 S ta tus o f t e s t ing on eng ine l e ve l The f i r s t

e n g i n e w a s i n t e g r a t e d i n t o S E P s t e s t f a c i li t y P F 5 0

i n V e r n o n , F r a n c e i n A p r i l 1 99 0. A f t e r c o o l d o w n

i n v e s t i g a t i o n s t h e f i r st i g n i t i o n t e s t t o o k p l a c e i n J u l y

1990 . Un t i l t he end o f 1990 the eng ine i s s chedu led to

b e h o t f i r e d a t n o m i n a l c o n d i t i o n s u p t o 5 0 s r u n

d u r a t i o n .

In pa ra l l e l t o th i s t e s t f a c i l i t y , a s econd one in

L a m p o l d s h a u s e n , G e r m a n y w i l l b e o p e r a t i o n a l in

O c t o b e r 1 9 9 0 f o r e n g i n e t e s t s .

3 3 TC deve lopm en t ou t look

A s s t a t e d b e f o r e , e x p e r i m e n t a l r e s u l t s f o r T C

d e v e l o p m e n t w i l l b e a v a i l a b l e i n t h e n e a r f u t u r e

b o t h f r o m m o t o r a n d T C t e st in g . T h e r e s u lt s g a i n e d

m i g h t i n f l u e n c e t h e d e s i g n o f t h e f i n a l T C v e r s i o n

P I I I .

O n m o t o r l ev e l c o n f i r m a t i o n o f T C b e h a v i o u r

u n d e r e x t r e m e l o a d s , e . g . g i m b a l l o a d s , t u r b o p u m p

a n d o t h e r c o m p o n e n t s a c t i n g o n t h e T C , a n d t h e fi n al

p r o o f o f t h e c a l c u l a t e d l o w c y c l e fa t i g u e l i f e w i l l b e

g a i n e d .

O n T C l ev e l t h e f o ll o w i n g m a j o r d e v e l o p m e n t

o b j e c ti v e s a r e p l a n n e d t o b e d e m o n s t r a t e d .

• Cycle l i fe

D e m o n s t r a t i o n o f 2 0 s h o r t d u r a t i o n r u n s ( ~ 1 5 s )

n o m i n a l a n d o f f - n o m i n a l c o n d i t i o n s.

• I g n i t i o n a n d s t a r t

Fig. 17. TC on test bench during hot test.



282 E. KIRNER

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1 2 0

1 1 0 :

1 0 0

9O

8

7 0

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~ 1 0

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- 5 0 5 I 0 1 5 ~

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2 5

Fig. 18. Reaction force on side loads.

F u r t h e r i n v e s t i g a t i o n o f i g n i t i o n b y v a r y i n g t h e

g o v e r n i n g p a r a m e t e r s a n d d e m o n s t r a t i o n o f r e l i a b le

i g n i t i o n i n t h e e n t i r e o p e r a t i o n a l r a n g e .

• C o m b u s t i o n s t a b i l i t y

P r o o f o f H F - c o m b u s t i o n s t a b il i ty b y d i s t u r b a n c e

o f t h e c o m b u s t i o n p r o c e s s v i a p y r o t e c h n i c a l s h o c k

g e n e r a t o r s a n d b y o p e r a t i o n o f t h e T C u n d e r

i n s t a b il i t y p r o v o k i n g c o n d i t io n s .

• P e r f o r m a n c e d e m o n s t r a t i o n

In num erou s t e s t s the s pec i fi c imp u l s e / so ) und e r

s e a - le v e l c o n d i t i o n s w i l l b e i n v e s t i g a t e d b a s e d o n

t h r u s t a n d m a s s f l ow m e a s u r e m e n t . T h e s t a n d a r d

d e v i a t i o n o f I sp f r o m t e s t t o t e s t a n d f r o m h a r d w a r e

t o h a r d w a r e w i l l b e d e t e r m i n e d .

• L i m i t s

D e m o n s t r a t i o n o f d e s ig n m a r g i n s b y t e s t in g t h e

T C b e y o n d t h e e x t r e m e e n v e l o p e , b o t h r e l a t i v e t o

c h a m b e r p r e s su r e a n d p r o p e l l a n t m i x t u r e r a t io .

• F a i l u r e t e s t i n g

A n a l y s i s o f T C b e h a v i o u r u n d e r s p e c if i c f a i l u re s ,

e . g. s e a l i n g f a i l u r e s b e t w e e n i n j e c t o r a n d c o m b u s t i o n

c h a m b e r w h i c h r e s u l t s i n i n t e r n a l l e a k s a n d m i g h t

i n f lu e n c e t h e p r o p e r f u n c t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f t h e

T C .

• D e s i g n m o d i f i c a t i o n s

S e v e r a l d e s ig n m o d i f i c a t i o n s , b a s i c a l l y t o a l l o w

f o r f a b r i c a t i o n c o s t r e d u c t i o n t o m e e t r e q u i r e m e n t s

g a i n e d b y t e s t r e s u l t s , w i l l b e i n v e s t i g a t e d a n d

i m p l e m e n t e d i n t h e h a r d w a r e d e s i g n i f a p p l i c a b l e .

F o l l o w i n g t h e d e v e l o p m e n t p h a s e t h e T C w i ll be

s u b m i t t e d t o a q u a l i f i c a ti o n . A l l s p ec i f ie d p a r a m e t e r s

w i l l b e d e m o n s t r a t e d a n d p r o v e n b y s t u d i e s , c o l d t e s t s

o r h o t r u n s . S p e c i fi c e f f o r t w i l l b e g i v e n t o R A M S

a s p e c t s in o r d e r t o f u lf i ll t h e s t r o n g r e q u i r e m e n t s o f

t h e V u l c a i n m o t o r w h i c h h a s t o b e o p e r a t i o n a l f o r

ma nn ed f l igh t s in 1998 .

4 . C O N C L U S I O N S

T h e t h r u s t c h a m b e r d e v e l o p m e n t s t a t u s i s i n

c o n f o r m a n c e w i t h t h e p l a n n i n g s c h e d u le . A l l b a s i c

r e q u i r e m e n t s , w h i c h w e r e s u b j e c t t o t h e p a s s e d d e v e l -

o p m e n t t e s t s , w e r e m e t . E x c e p t t h e i m p r o v e m e n t o f

n o z z l e e x t e n s i o n s t i f f e n i n g n o m a j o r p r o b l e m s w e r e

e n c o u n t e r e d .

F u t u r e t h r u s t c h a m b e r t e st i n g w i ll b e p e r f o r m e d o n

t w o d i f f e r e n t l e v el s: o n c o m p o n e n t l e v e l a t M B B a n d

i n t e g r a te d in t h e m o t o r a t S E P a n d D L R .

M a i n t e s t i n g ef f o r ts o n c o m p o n e n t l e v el a r e :

p r o o f o f c y c le li fe , p r o o f o f c o m b u s t i o n s t a b il i ty ,

t h r u s t c h a m b e r l i m i t s t e s t in g , t e s ti n g o f m o d i f i c a t i o n s

f o r f a b r i c a t i o n c o s t r e d u c t i o n a n d f i n a l l y q u a l i f i c a t i o n

te s t ing .

O n m o t o r l e v e l , b a s i c r e s u l t s o n c r e e p l i f e , s t a r t -

a n d s h u t - o f f b e h a v i o u r u n d e r a c t u a l e n g in e l o a d s a r e

expec ted .

T h e t e s ts o n t h r u s t c h a m b e r l e v el a r e s c h e d u l e d t o

b e c o n c l u d e d i n m i d 1 99 3; t h e m o t o r t e s ts w i ll t a k e

p l a c e i n t h e p e r i o d m i d 1 99 0 u n t i l th e e n d o f 1 99 5.

Kirner Et Alkirner 1993

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