Experimentelle Untersuchung der Strömung im Heckbereich zukünftiger Raumflugzeuge

Kurzfassung

Auf Grund der Wechselwirkung von Außen- und Düsenströmung entsteht bei SERN-Düsen an der Außenkontur der Heckklappe eine Grenzschichtablösung. Das Teilprojekt C8 des SFB 253 "Grundlagen des Entwurfs von Raumflugzeugen" zielt auf die detaillierte Erfassung und Verbesserung der Strömung im Bereich der Heckklappe für die Referenzkonfiguration ELAC ab. Inhalt der vorliegenden Arbeit waren hierzu Untersuchungen im Hyperschallkanal H2K des DLR Köln-Porz bei Mach 6 über die Integration einer optimierten Klappengeometrie. Die veränderlichen Parameter waren dabei das Düsendruckverhältnis und die Reynoldszahl. Um eine ähnliche Grenzschichtentwicklung zu erreichen, wurde der Grenzschichtumschlag teilweise erzwungen. Die Experimente lieferten folgende Erkenntnisse: Die Lage der Grenzschichtablösung verschiebt sich bei laminarer bzw. transitioneller Grenzschicht mit steigender Reynoldszahl leicht stromab, während ihre Lage bei turbulenter Grenzschicht nahezu unabhängig von der Reynoldszahl ist. Mit steigendem Düsendruckverhältnis verschiebt sich auf Grund der größeren Verdrängungswirkung des Düsenstrahls die Lage der Ablösung deutlich stromaufwärts. Darüber hinaus wurde eine zweite Ablöselinie auf Grund komplexer Wirbelbildung innerhalb der Ablöseblase aufgefunden. Ein Vergleich mit früheren Messergebnissen bestätigte, dass Nickmoment und Schubvektorwinkel für die verbesserte Heckklappenkontur günstigere Werte aufweisen. Die experimentell ermittelten Ergebnisse wurden mit denjenigen aus anderweitig durchgeführten numerischen Simulationen verglichen. Abschließend konnte belegt werden, dass das Ziel des Teilprojekts, nämlich die Verbesserung der Düsenaerodynamik nach Integration der aerodynamisch optimierten Heckklappe, erreicht wurde.