Numerische Untersuchung der Stoßrohrströmung im Hochenthalpiekanal Göttingen

Abstract

Bei sehr hohen Fluggeschwindigkeiten spielen neben stömungsmechanischen auch thermodynamische Aspekte eine entscheidende Rolle. Charakteristisch für diese hochenthalpen Strömungen ist das Auftreten chemischer Reaktionen des Gases. Eine Anlage zur Untersuchung solcher Strömungen, wie sie beispielsweise beim Eintritt von Raumfahrzeugen in Planetenatmosphären auftreten, ist der Hochenthalpiekanal Göttingen (HEG). Bei dem flugkolbengetriebenen Stoßwellenrohr handelt es sich um eine Anlage mit einer Meßzeit von nur wenigen Millisekunden pro Versuch. Ein Mechanismus, der diese Testzeit dramatisch verkürzt, ist die vorzeitige Treibgasankunft in der Meßstrecke aufgrund einer Stoß-Grenzschicht Wechselwirkung im Stoßrohr. Die vorliegende Arbeit untersucht numerisch die Wirkungsweise einer Vorrichtung, des sogenannten Treibgasabscheiders, zur Verzögerung der Treibgaskontamination. Das verwendete numerische Verfahren ist der DLR TAU-Code. Zunächst wird eine Erweiterung des Verfahrens zur Simulation von Gasen im thermochemischen Gleichgewicht diskutiert und validiert. Es wird gezeigt, daß die lokale Netzadaption in der Lage ist die auftretenden instationären stömungsphysikalischen Phänomene wie Stoßwellen und Kontaktunstetigkeiten mit hoher räumlicher Genauigkeit aufzulösen. Die Anwendung des Verfahrens auf die HEG Stoßrohrströmung zeigt eine Wirkungsweise des Teibgasabscheiders, die auf einem Zurückdrängen des Treibgases beruht.