Experimentelle Untersuchungen des drei-dimensionalen Strömungsfeldes einer Scramjet-Düse

Abstract

Eine experimentelle Untersuchung der Strömung einer asymmetrischen Expansionsdüse wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt. Die Versuche wurden bei einer Anström-Machzahl von 7 im hypersonischen Windkanal H2K in Köln durchgeführt. Die Reynolds-Zahl und das Düsendruckverhältnis wurden verändert, um die Leistungsmerkmale der Scramjet-Düse bei verschiedenen Flughöhen und Strömungsbedingungen zu untersuchen. Die statische Druckverteilung entlang der Expansionsrampe wurde flächig mit der Pressure-Sensitive Paint (PSP) Methode und an diskreten Punkten mit Druckbohrungen (PSI) gemessen. Ein Pitot-Rechen wurde benutzt, um die Pitot-Druckverteilung im Nachlauf der Düse zu messen. Die gemessenen Daten aus den unterschiedlichen Messmethoden erlauben eine genaue Beschreibung der Strömungseigenschaften der asymmetrischen Expansionsdüse. Schub, Schubbeiwert und Schubvektorwinkel werden berechnet und für die unterschiedlichen Strömungsbedingungen verglichen, wobei die Daten der PSI und PSP-Druckmessungen benutzt und verglichen werden. Es zeigt sich, dass die Schubwerte aus den PSI-Druckmessungen überschätzt wurden, weil die Druckwerte nur an bestimmten, diskreten Punkten verfügbar sind und nicht auf der gesamten Fläche. Dadurch werden zu hohe Drücke in Bereichen angenommen, in denen der Druck tatsächlich niedriger ist. Mit der PSP Technik wird der Druck auf der ganzen Oberfläche gemessen und daher die gesamte Druckverteilung berücksichtigt. Die ermittelten Schubwerte sind deshalb genauer, wenn die PSP Technik verwendet wird.