Aerothermodynamische Analyse eines Scramjet-Flugexperiments

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Auslegung einer Scramjet-Konfiguration mit Einlauf, Brennkammer und Düse für ein Flugexperiment auf einer Höhenforschungsrakete und das Testen dieser Konfiguration im Hyperschallwindkanal (H2K) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln. Dabei dienten semiempirische Auslegungsmethoden, aufbauend auf vorangegangene Untersuchungen, als Grundlage für eine optimierte Scramjet-Geometrie. Die Bestimmung der Leistungsparameter und des Off-Design-Verhaltens wurde im Vorfeld mit umfangreichen numerischen Simulationen ermittelt und anschließend im Windkanal experimentell verifiziert. Die Versuche erfolgten am Gesamtsystem unter flugrelevanten Bedingungen, wobei die Verbrennung durch Einspeisung von Druckluft simuliert wurde. Für die Untersuchung des Verhaltens bei unterschiedlichen Flugbedingungen wurde eine Variation der Anströmparameter in Bezug auf Reynoldszahl, Totaltemperatur und Anstellwinkel durchgeführt. Hierbei wurden anhand von Wanddruckmessungen, Pitotmessungen und Infrarotthermographie eine stabile Überschallströmung für die untersuchten Zustände der Scramjet-Konfiguration festgestellt sowie die Methoden zur Auslegung bestätigt.