Numerische Simulation der Strömung um die Heckklappe einer SERN-Düse für die Raumflugzeug-Konfiguration ELAC

Abstract

In der Abteilung Windkanäle Köln-Porz des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt werden im Rahmen eines Teilprojektes des DFG Sonderforschungsbereiches 253 Untersuchungen an SERN-Düsen durchgeführt. Da solche Düsen über einen weiten Bereich betrieben werden, ist ein hohes Maß an geometrischer Verstellbarkeit des Düsenquerschnitts bei großer Düsenlänge notwendig. Im Rahmen von früheren Versuchen hat sich dabei gezeigt, daß die Umströmung der bis auf eine Heckklappe verkürzten Unterseite der Düse großen Einfluß auf das Leistungsverhalten der Düse hat. Für ein bereits vorhandenes Düsen-/Heckmodell sollen daher Versuche mit optimierten Heckklappeneinsätzen durchgeführt werden. Diese Einsätze werden hier mit Hilfe von numerischen Strömungssimulationen ausgelegt. Außerdem wird ein generisches Windkanalmodell zur Untersuchung des Ablöseverhaltens der Hyperschall-Grenzschicht an der Heckklappe konzipiert. Bei dem eingesetzten numerischen Verfahren handelt es sich um einen 2D-Finite-Elemente-Strömungslöser, wobei die Rechnung auf unstrukturierten, adaptiven Netzen unter Annahme reibungsbehafteter, laminarer Strömung erfolgt. Basierend auf früheren Windkanalexperimenten wird das eingesetzte Verfahren zunächst validiert. Anschließend erfolgen numerische Studien zur Variation der Unterseitengeometrie der Heckklappe und der Klappe insgesamt. Abschließend werden verbesserte Heckklappen und ein generisches Windkanalmodell zur Ablösungsuntersuchung ausgelegt.