PIV MESSUNGEN IN INTERAGIERENDEN ÜBERSCHALL-FREISTRAHLEN IN DRUCKBELASTETER UMGEBUNG

Abstract

Mit dem stetigen Entwicklungsfortschritt im Bereich der Antriebstechnik wird die optische Messtechnik zur Untersuchung von Strömungsphänomenen vor immer neue Herausforderungen gestellt. Im vorliegenden Fall, der auf einer Fragestellung der Automobilindustrie basiert, wurde das Ausströmverhalten von Airbag-Gasgeneratoren betrachtet. Das ausströmende Gas bläst einen Luftsack auf, in dem der Insasse im Falle eines Unfalls sicher aufgefangen wird. Zur Auslegung eines Airbag-Moduls ist ein physikalisches Verständnis der entstehenden Überschallstrukturen notwendig. An einer zylindrischen Gasgenerator-Mimik sollten daher die Geschwindigkeitsfelder der interagierenden Freistrahlen mit Überschallströmung bestimmt werden. Dabei stellten die Umgebungsbedingungen mit Drücken bis 20 bar hohe Anforderungen an die Messtechnik. Das Gehäuse der Gasgenerator-Mimik war bereits für Laser-basierte Messtechnik mit ausreichenden optischen Zugängen ausgestattet. Somit eignete sich der Aufbau gut für die flächige Untersuchung mit dem Particle Image Velocimetry (PIV) Verfahren. Die prinzipielle Anwendbarkeit von PIV auf trans- und supersonische Strömungen wurde bereits in verschiedenen Bereichen demonstriert. Die Versuche wurden an einem Hyperschall-Kanal des DLR in Köln durchgeführt. In diesem Beitrag wird kurz auf das PIV Verfahren eingegangen, insbesondere auf die Schwierigkeit, druckbelastete Strömungen und somit temperierte Umgebungen adäquat mit den notwendigen Tracer Partikeln anzureichern. Ein auf Öltröpfchen basierendes Seeding konnte wegen des hohen Druckes hier nicht eingesetzt werden. Stattdessen konnte ein neues Verfahren der Feststoffpartikel-Förderung basierend auf dem bekannten Fließbett-Verfahren erfolgreich erprobt werden. Die aus den PIV Messungen resultierenden 2-komponentigen (2C), flächigen Geschwindigkeitsfelder dienten einerseits dem prinzipiellen Verständnis der Strömungsphänomene in den interagierenden Überschall-Freistrahlen, und wurden andererseits zur Validierung der numerischen Berechnungen des Strömungsbildes herangezogen. In diesem Beitrag wird der Abgleich an zwei unterschiedlichen Konfigurationen vorgestellt.