Flugauswertung des Tanspirationskühlungsexperiments AKTiV auf SHEFEX II

Kurzfassung

Durch eine Vielzahl an Sensoren, die auf dem Flugkörper angebracht sind, konnten die aerothermodynamischen Effekte während des Flugs möglichst genau erfasst werden. Die im Flug erfassten Messdaten werden in dieser Arbeit ausgewertet und interpretiert. Das Experiment AKTiV weist deutliche Temperaturminderungen von maximal 83,5 K durch die Kühlung auf und beweist somit die Effizienz eines transpirationsgekühlten Thermalschutzkonzepts. Darüberhinaus wird ein Modell vorgestellt, dass zur Lösung der Wärmebilanzen am Flugkörper dient. Auf diese Weise werden die Temperaturverläufe an der Struktur für den ungekühlten Fall sowie für die gekoppelte Film- und Konvektionskühlung numerisch ermittelt. Das dafür verwendete Programm trägt die Bezeichnung HEATS (Heat Exchange Analysis for Transpiration-cooling Systems) und wird im Rahmen der Arbeit in die Programmiersprache Python übersetzt. Es wird anhand der Simulation von Vergleichsfällen validiert und verifiziert. Im Anschluss zur Flugdatenauswertung wird ein Vergleich zwischen den Messdaten und den Ergebnissen aus HEATS vorgestellt und diskutiert. Dabei liegen die höchsten Abweichungen auf der porösen Probe des Experiments AKTiV und betragen maximal 70 K. Zusätzlich wird in der Arbeit durch eine Sensitivitätsanalyse gezeigt, welche Faktoren den größten Einfluss auf den Temperaturverlauf durch die Kühlung haben. Es stellt sich heraus dass die Präzision der Positionsangabe, die Größe der Filmgeschwindigkeit sowie die Kühlgastemperatur im Reservoir hohe Auswirkungen auf das Ergebnis haben.