1D-Flow Model for the Ramjet/Scramjet-Engine of the JAPHAR-Vehicle

Abstract

Es werden zwei Modelle vorgestellt, welche die Methode der Einflusskoeffizienten anwenden und die Mechanismen Mischung, Expansion, Verbrennung und Wandreibung berücksichtigen. Im Gegensatz zum ersten Modell sind im zweiten die Mechanismen durch Einführung eines quasidifferentiellen Prozesses entkoppelt. Beide Modelle erlauben die Berechnung der lokalen fluidmechanischen Größen und enthalten eine Option zur Bestimmung des Verbrennungswirkungsgrades aus experimentellen Daten (Wanddruck-Verteilung). Beide Modelle genügen den Anforderungen des JAPHAR Antriebssystems, erlauben mithin die Berechnung der Unter- und der Überschallverbrennung. Ein Modell zur Berechnung der Wandkühlung wird ebenfalls vorgeschlagen. Die Modelle dienen als Grundlage für das Rechenprogramm PERFO. Dieses kann als einfaches Entwurfswerkzeug für das Antriebssystem von JAPHAR und bei der Auswertung zukünftiger experimenteller Flüge eingesetzt werden. Anwendungsbeispiele behandeln die Luft/H2-Verbrennung in einem kleinen Labor-Kanal und im Scramjet-System eines Raumtransporters. Die fluid-mechanischen Zustandsgrößen in der ONERA Scramjet-Experimentalbrennkammer für ATD 5 und in einem ramjet Entwurf für JAPHAR werden berechnet. Einige numerische Ergebnisse behandeln Probleme der Wandkühlung.