Reibungseffekte in Hyperschall-Einläufen

Kurzfassung

Im Rahmen des Teilprojektes B2 "Reibungseffekte in Hyperschall-Einläufen" wurden Möglichkeiten zur Beeinflussung von Stoß/Grenzschicht-Wechselwikungen im Hinblick auf deren Implementierung in Einläufe untersucht. Durch die Interaktion eines einfallenden Schrägstoßes mit der Wandgrenzschicht kann es zur Ablösung der Grenzschicht und damit zur Ausbildung einer Ablöseblase sowie hoher lokaler Wärmelasten auf der Kontur kommen. Ein Mittel zur Kontrolle der Stoß/Grenzschicht-Interaktion und der damit verbundenden negativen Effekte ist der Einsatz einer Grenzschichtabsaugung. Zur Abschätzung der Wirkung einer solchen Absaugung wurde ein analytisches Verfahren entwickelt, mit Hilfe derer bereits eine erste Voraussage der wichtigsten Einflußparameter der Absaugung möglich ist. Zur Untersuchung einer einzelnen Stoß/Grenzschicht-Interaktion wurde ein Prinzipmodell entwickelt, dessen Absaugekonfiguration durch numerische Strömungssimulationen mittels eines Finite Elemente Verfahrens optimiert wurde. Die Ergebnisse sowohl des analytischen Verfahrens als auch der numerischen Simulation sind in guter Übereinstimmung mit anschließend im Experiment ermittelten Werten. In Windkanalversuchen im Hyperschall-Windkanal H2K des DLR in Köln wurde der Einfluß verschiedener Parameter der Absaugung detailliert untersucht und eine optimale Konfiguration im Hinblick auf eine maximale Reduzierung der Dicke der Ablöseblase sowie der daraus resultierenden Wandwärmelasten aufgefunden. Dabei wurde der Aspekt der technischen Realisierbarkeit bzgl. einer Implementierung der Absaugung in einen Hyperschall-Einlauf besonders berücksichtigt. Zusätzlich wurden auch veränderte Absaugegeometrien sowie passive Möglichkeiten zur Beeinflussung der Stoß/Grenzschicht-Wechselwirkung betrachtet. Zur Implementierung der Absaugung in einen Hyperschall-Einlauf des DLR wurden zunächst numerische Simulationen des Strömungsfeldes durchgeführt. Durchgeführte Messungen mit dem Einlaufmodell im Hyperschall-Windkanal H2K bestätigen die Möglichkeit zur Verbesserung des Einlaufwirkungsgrades durch den Einsatz von Grenzschichtabsaugung, die basierend auf den mit dem Prinzipmodell gewonnenen Erkenntnissen weiter optimiert wird. Im Fortgang des laufenden Antragszeitraumes werden noch weitere Messungen mit dem mit einer Seitenwand ausgestatteten Prinzipmodell zur Untersuchung des Einflusses von 3D-Effekten auf die Absaugung durchgeführt. Für die Zukunft wäre eine Erweiterung sowohl der numerischen wie auch der experimentellen Möglichkeiten auf die Untersuchung von Strömungen mit turbulenten Grenzschichten wünschenswert. Eine weitere wichtige Fragestellung für den Betrieb eines Hyperschall-Einlaufes stellt darüber hinaus die Anpassung des Einlaufes an verschiedene Flugzustände, also unterschiedliche Anströmbedingungen dar