NameStatusTreibstoffOxidatorGeometrieSchub [N]Brennzeit [t]Totalimpuls [Ns]
Hydra 4XIn EntwicklungHTPBN2OStern20001530000
Hydra 4inaktivHTPBN2OStern25001025000
HeliosinaktivHTPB/AlN2OTeleskop50001575000
Hydra 3XinaktivHTPB/AlN2OStern13001013000

 

Hydra 4X

Der HYbridDemonstrationsRaketenAntrieb (HYDRA) 4X ist die Weiterentwicklung der HYDRA 3X. Dabei wurde der Gesamtimpuls auf 30 kNs, und der Schub auf 2 kN, erhöht. Als Oxidator wird N2O verwendet, der Brennstoff besteht aus reinem HTPB und verzichtet auf einen Aluzusatz. Ein weiterer Entwicklungsschritt ist der Verzicht auf ein Stahlgehäuse um die Brennkammer. Um die Druckkräfte aufzunehmen soll die HYDRA 4X eine Kohlefaserstruktur erhalten. Diese war bei der Teststandsversion HYDRA 4 noch als Rohr ausgeführt, wird jedoch bei der Flugversion HYDRA 4X auch Kräfte über Koni an den Enden der Brennkammer aufnehmen. Um die Thermallasten auf die Kohlefaserstruktur zu minimieren sind alle Bauteile, die der Brennkammertemperatur ausgesetzt sind, aus Hartpapier HP-2061 (auch bekannt unter Pertinax) gefertigt. Durch die ablativen Eigenschaften dieses Material können die Komponenten bei leichter Erosion die Brennzeit überstehen. Dieser Motor soll im Rahmen des STERN II-Programms die FAUST II antreiben.

 

Hydra 4X im Schnitt.

 


 

Hydra 4

Die Hydra 4 arbeitet ebenfalls mit der Treibstoffkombination Lachgas und HTPB und ist eine Weiterentwicklung der Hydra 3X. Während die Hydra 3X noch eine Brennkammer aus Stahl hatte, ist die Hydra 4 unser erstes Triebwerk mit einer Brennkammer aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Bei gleicher Masse enthält die Hydra 4 gegenüber der Hydra 3X etwa die dreifache Menge an Brennstoff. Die Hydra 4 hat bisher drei Brenntests durchlaufen, welche im Wesentlichen erfolgreich waren.

 

 

Hydra 4 auf ihren Teststand in Trauen.

 


 

Helios

Das HELIOS-Gerät ist das derzeit größte Hybridraketentriebwerk, welches die ERIG entwickelt hat. Wie auch die anderen Triebwerke der ERIG arbeitet HELIOS mit einem festen Brennstoff und einem flüssigen Oxidator. Der Brennstoff besteht aus einer Mischung aus HTBP (Hydroxylterminiertes Polybutadien, einem synthetischen Kunststoff) und Aluminium. Als Oxidator dient Distickstoffmonoxid (Lachgas). Dies hat den Vorteil, dass die beiden Komponenten alleine ungefährlich gehandhabt werden können. Erst zum Start des Triebwerks werden die Komponenten zusammen zur Reaktion gebracht. Die Betriebssicherheit wird dadurch erheblich erhöht und das Handling enorm vereinfacht. Das HELIOS-Gerät ist ein reines Teststandtriebwerk. Es ist als robuste Edelstahlkonstruktion ausgeführt. Die Tests dienen zur Entwicklung größerer Hybridtriebwerke für zukünftige Raketen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen lässt sich dann eine Triebwerksversion in Leichtbauweise ausführen. Das Triebwerk ist für einen Schub von 5000 N für 15 s ausgelegt. Der Brennstoffblock ist als Teleskopform ausgeführt, bestehend aus einem Innen- und einem Außenzylinder. Dadurch lässt sich eine kompaktere Brennkammer realisieren, und die Treibstoffoberfläche bleibt während des Abbrands konstant.

 

Aufbau HELIOS.

Der feste Brennstoff des Triebwerks befindet sich in der Brennkammer. Der Oxidator befindet sich unter Druck verflüssigt in dem Oxidatortank des Prüfstands. Über einen Druckminderer wird der Oxidatortank mit konstantem Druck mit Stickstoff beaufschlagt. Dadurch wird ein gleichmäßiger Schub erreicht und verhindert, dass der Oxidator in die gasförmige Phase übergeht. Zum Start des Triebwerks wird ein pyrotechnischer Zünder aktiviert, der einen Teil des Brennstoffs vergast und thermische Energie in das System einträgt. Anschließend wird das Hauptventil geöffnet. Der unter Druck stehende Oxidator strömt über den Einspritzkopf in die Brennkammer und verbrennt mit dem festen Brennstoff. Da die Verbrennung aufgrund einer geschichteten Strömung nicht vollständig ist, werden die Gase über eine Wirbelscheibe verwirbelt, durchmischt und können in der Nachbrennkammer vollständig miteinander reagieren. Über die Düse wird die Strömung expandiert, beschleunigt und dadurch der Schub des Triebwerks erzeugt.

 

HELIOS auf dem Horizontalprüfstand.

 

 


 

Hydra 3X

Das Hybridraketentriebwerk HYDRA-3X ist das erste flugfähige Hybridtriebwerk, welches die ERIG entwickelt hat. Während die Vorgängerversionen in erster Linie dazu dienten, den Verbrennungsprozess zu erforschen, wurde mit dieser Triebwerksversion hauptsächlich die Konstruktion optimiert, um ein möglichst leichtes Triebwerk zu erhalten, welches den hohen Temperaturen des Verbrennungsprozesses standhält. Weiterhin mussten für eine flugfähige Version das Druckfördersystem sowie die Ventilarmaturen designet werden, welche sich zur Integration in einer Rakete eignen. Nach einer mehrjährigen Entwicklungszeit wurde mit vielen Tests auf dem Raketenprüfstand das Design soweit optimiert, dass das Triebwerk im Rahmen des STERN-Programms in der Experimentalrakete FAUST seinen ersten Flug absolvieren konnte. Das Triebwerk liefert einen Schub von 1,3 kN für 11 s. Das Triebwerk HYDRA-3X arbeitet mit einem festen Brennstoff und einem flüssigen Oxidator. Der Brennstoff besteht aus einer Mischung aus HTBP (Hydroxylterminiertes Polybutadien, einem synthetischen Kunststoff) und Aluminium. Als Oxidator dient Distickstoffmonoxid (Lachgas). Der Vorteil dieser Technik ist, dass die beiden Komponenten alleine ungefährlich gehandhabt werden können. Erst zum Start des Triebwerks werden die Komponenten zusammen zur Reaktion gebracht. Das erhöht die Betriebssicherheit und vereinfacht das Handling enorm. Die Brennkammer der HYDRA-3X ist aus Edelstahl gefertigt. Der obere Verschluss beinhaltet den Injektor sowie den Oxidatoranschluss. Brennstoff, Wirbelscheiber, Nachbrennkammer und Düse werden in Form einer Brennstoffblockpatrone in die Brennkammer eingeschoben. Der Oxidatortank ist ein Faserverbundbauteil, gewickelt aus CFK Die Struktur des Oxidatortanks entspricht dabei der Struktur der Rakete. Der Hochdrucktank ist ein zugekauftes Faserverbundbauteil aus CFK und GFK. Zwischen dem Hochdrucktank und dem Oxidatortank befindet sich das Druckminderersegment. Das Ventilsegment sitzt zwischen Oxidatortank und Brennkammer. Diese beiden Segmente beinhalten auch die notwendigen Anschlüsse zum Betanken des Systems.

 

Hydra-3X auf dem Horizontalprüfstand.