Untersuchung des Thermalverhaltens einer keramischen Finne für HIFiRE-5 mit inversen Wärmeleitungsverfahren

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des inversen Wärmeleitungsproblems an einer keramischen Finne des Flugexperiments FinEx der HIFiRE-5 Wiedereintrittsmission. Zur Bestimmung der spezifischen Wärmeströme an der Oberfläche stehen drei Sensoren im Inneren der Finne zur Verfügung. Die thermale Charakteristik der Finne wird für eine Oberflächendiskretisierung in 22 Flächen mit Hilfe der NISI Kalibrierung, auf Basis gebrochen rationaler Funktionen, identifiziert. Durch verschiedene Kombinationen der diskreten Oberflächensegmente wird versucht die Verteilung der Wärmeströme zu lokalisieren und so das mehrdimensionale NISI3D Konzept durch Rekonstruktionsansätze zu erweitern. Das Verfahren führt zu guten Ergebnissen für ein generisches Beispiel eines Würfels, bei dem aus 3 Sensoren 6 Oberflächenwärmestrome bestimmt werden können. Allerdings zeigt das Konzept Schwächen bei der Bestimmung von verschieden variablen Wärmestromverteilungen. Das Verfahren wird schließlich an der Finne im Plasmawindkanal getestet. Die Versuchsbedingungen wurden konservativ gewählt, um die Zerstörungsgrenze des Materials nicht zu erreichen. Der neue Ansatz lokalisiert das Wärmestromfeld über den 22 Flächensegmenten aufgrund von nur drei lokalen Temperaturmessungen. Problematisch ist, dass Wärmespitzen an möglichen Staupunkten durch die Wahl der groben Diskretisierung nicht zu bestimmen sind. Eine Anwendung der Methode auf die Flugdaten von FinEx auf HIFiRE-5 wird erfolgreich durchgeführt.