Wärmestromverteilung und Strömungsfelduntersuchung in gestörten Hyperschall-Plattengrenzschichten

Kurzfassung

Im Hyperschall-Windkanal H2K der DLR Köln wird das Strömungsfeld einer durch einen schrägen Verdichtungsstoß gestörten laminaren Hyperschall-Plattengrenzschicht experimentell untersucht. Der Stoß verursacht eine Grenzschichtablösung mit anschließendem Wiederanlegen, wobei sich im Bereich des Wiederanlegens longitudinale, gegenläufig rotierende Wirbel (Goertler-Wirbel) ausbilden. Diese Wirbel verursachen lokal hohe Wärmelasten, die mittels Infrarot-Thermografie vermessen werden. Zum Verständnis der Strömung innerhalb der Grenzschicht tragen Pitot-Druckmessungen bei. Der Einfluß der Stoßstärke sowie der Grenzschichtdicke am Stoßauftreffort auf die Wirbel wird aufgezeigt. Die Entwicklung der Goertler-Wirbel stromab und ihr Einfluß auf die Stabilität der laminaren Grenzschicht wird diskutiert. Anhand der experimentellen Ergebnisse und mittels Vergleichen mit numerischen Simulationen anderer Autoren wird ein Strömungsfeld-Modell bestätigt, welches, entgegen bisheriger Strömungsfeld-Interpretationen, eine zweite Zirkulationsströmung innerhalb des Ablösegebietes aufweist.