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Diplomarbeit aus dem Jahr 2004 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik, Note: 1,3, Universität der Bundeswehr München, Neubiberg (Luft- und Raumfahrtechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: 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 bezeichnet und sind sehr schwer theoretisch zu berechnen. Um Realgaseffekte in bodengestützten Testanlagen zu simulieren, muss die Strömungsenergie mit der im realen Flug übereinstimmen.
Um Strömungen mit solcher kinetischer Energie zu erzeugen, muss die Totalenthalpie in der Düse eines Windkanals sehr hoch sein. Die Haltbarkeit der Struktur dieser Anlagen bei hohen Temperaturen begrenzt dabei die effektive Testzeit, so dass diese Anlagen nicht länger als für den Bruchteil einer Sekunde betrieben werden können.
Der kolbengetriebene Stoßkanal (Free Piston Shock Tunnel) wurde zuerst in Australien von Stalker gebaut. Es stellte sich heraus, dass er auf eine einzigartige Art und Weise in der Lage war, Realgaseffekte genau zu simulieren. Diese Anlage wurde über mehr als zwei Jahrzehnte erfolgreich in Australien betrieben. Als Konsequenz des aktuellen Interesses am Bau von Hyperschallflugzeugen stieg die Bedeutung der Anlagen dieser Art und es wurden kolbengetriebene Stoßkanäle in Europa, Japan und in den USA gebaut.
Um die Auslegung eines kolbengetriebenen Stoßkanals einzuschätzen, müssen sowohl die Bewegungsgleichungen des Kolbens und der Gase als auch die vis...
Hinweis: Dieser Artikel kann nur an eine deutsche Lieferadresse ausgeliefert werden.
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.
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