Numerische Untersuchungen an kolbengetriebenen Stosswellenkanälen mit dem quasi-1d-Programm L1d (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Der Entwurf und die Entwicklung von Wiedereintrittskörpern waren über die Jahre ein evolutionärer Prozess, in dessen Verlauf man generell auf vorhergehende Erfahrungen und Datensammlungen, die man bei Flugtests und in Windkanälen zusammenstellte, zurückgriff. Fortschritte in der Strömungsphysik, bei Windkanälen und in Flugtests führten zu einer Verbesserung der Entwürfe.
Obwohl sich das Wissen über die fundamentale Strömungsphysik sehr schnell vergrösserte, blieben grosse Lücken in einigen Schlüsselbereichen zurück, z.B. beim Vorhersagen des Verhaltens von Gasen bei hohen Temperaturen in Hyperschallströmungen. Ganz besonders machten sich diese Lücken bei der Entwicklung von numerischen Verfahren bemerkbar. Entwickler von CFD - Verfahren brauchten experimentelle Unterstützung, um die Gültigkeit dieser zu überprüfen. Nur mit genügend detaillierten Messungen in Strömungsfeldern und an Oberflächen konnte man sichergehen, dass alle wichtigen strömungsphysikalischen Grundsätze berücksichtigt wurden.
Aufgrund des allgemeinen Interesses für den Hyperschallbereich, man betrachte Pläne für die Entwicklung von Wiedereintrittskörpern wie z.B. NASP, HOTOL, Hermes, Sänger und STV, wurde schnell klar, dass dringend bodengestützte Testanlagen notwendig sind, um Bedingungen während des realen Fluges, auf die der Flugkörper treffen kann, detailgetreu und genau simulieren zu können um das Verständnis der Eigenschaften solcher Strömungen zu erweitern. Vergangene Untersuchungen in diesem Bereich stellten lediglich eine sehr begrenzte Hilfe dar, so dass Wiedereintrittskörper (wie z.B. das Space Shuttle) ohne das volle Verständnis der Eigenschaften bei hohen Temperaturen im Hyperschall-geschwindigkeitsbereich entwickelt wurden. Höhere Anforderungen an diese Flugkörper führten dazu, dass genauere Daten über Strömungsfelder und thermische Bedingungen in der Nähe des Flugkörpers benötigt wurden.
Flüge bei hohen Machzahlen stehen in Verbindung mit grossen kinetischen Energien der Luftströmungen im Vergleich zum Körper. In Bereichen, in denen die Luftströmung lokal abgebremst wird, z.B. an der Nase oder an den Vorderkanten, wird die kinetische in thermische Energie umgewandelt. Dabei kann die freigewordene Energiemenge so gross sein, dass Luftmoleküle dissoziiert oder sogar ionisiert werden.
Die Moleküle nehmen die Energie auf, wodurch sich die Strömungscharakteristik am Körper verändern kann. Diese Veränderungen werden als Realgaseffekte [...]