Flap contour optimization for highly integrated SERN nozzles

Abstract

Optimierung der Klappenkontur für hochintegrierte SERN-Düsen. Das Verhalten der Strömung an SERN-Düsen für Raumflugzeuge wird mit besonderem Augenmerk auf der Umströmung der Heckklappe und der dort auftretenden Ablösungserscheinungen untersucht. Zwei Windkanalmodelle werden benutzt, um zum einen die Interaktion der Düsenströmung mit der Außenströmung und zum anderen die Strömung an der Heckklappe detailliert zu analysieren. Ein FEM-Verfahren kommt zum Einsatz, mit dessen Hilfe sowohl Auslegungsrechnungen zu den Modellen erfolgen als auch zusätzliche unterstützende Daten zur Strömungsanalyse gewonnen werden. Vergleichende Konturstudien zeigen, dass durch die Optimierung der Form der Heckklappe die Größe und Lage des Ablösegebietes stark beeinflusst und die aerodynamischen Eigenschaften verbessert werden können. Die Ablöselage wird für verschiedene Konturen in Abhängigkeit der Reynoldzahl gemessen,w obei sowohl laminare, transitionelle als auch turbulente Grenzschichtbedingungen vorliegen. Numerische Studien an einem Düsen-Heckmodell ergeben für optimierte Heckklappen im gesamten untersuchten Machzahlbereich zwischen 1,64 und 6 eine Verbesserung des axialen Schubes der Düse um bis zu 3,5 Prozent. Gleichzeitig wird die Drehung des Schubvektors im unteren Machzahlbereich um bis zu 5° verringert.