Turbulente Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen durch laufende Verdichtungsstöße

Abstract

Turbulente Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen (SGWW) spielen eine wichtige Rolle bei der Optimierung von Überschall- und Hyperschall-Einläufen. In der vorliegenden Studie wird der Einfluss einer laufenden Stoßfront auf Strömungen mit SGWW experimentell und numerisch untersucht. Die relative Machzahl der Stoßfront über der ebenen Platte wurde zwischen 0 und 2,3 variiert, während die quasistationären Anströmbedingungen mit einer Machzahl von 3 konstant gehalten wurden. Zur quantitativen Bewertung des Einflusses der Stoßfrontgeschwindigkeit wurde eine bekannte Skalierungsmethode für die Interaktionslänge in quasi-stationären Strömungen als Referenz verwendet, nachdem die Modellierung der Reynoldszahl- und Wandtemperatur-Einflüsse anhand neuer und vorhandener Daten erheblich verbessert wurde. Ergebnisse zeigten, dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Stoßfrontbewegung automatisch zur Reduzierung der skalierten Interaktionsstärke führt. Solange die Interaktionsstärke überkritisch bleibt, folgt die skalierte Interaktionslänge beim Erhöhen der Stoßwandergeschwindigkeit dem quasi-stationären Skalierungsgesetz. Sobald die erste kritische Interaktionsstärke unterschritten ist, zeigt die Stoßfrontbewegung eine Wirkung und die Interaktionslänge beginnt von dem Referenzgesetz abzuweichen. Die Interaktionslänge sinkt schließlich bis auf null, sobald die Stoßwandergeschwindigkeit die maximale induzierte Schallgeschwindigkeit am Fuße der Stoßfront erreicht hat. Beim Unterschreiten dieser zweiten kritischen Interaktionsstärke verschwindet somit die Stromaufwirkung an der Wand. Mit den gewonnenen Erkenntnissen kann nun die skalierte Interaktionslänge sowohl für quasi-stationäre als auch für laufende Stoßwellen vorhergesagt werden.