Einen wesentlichen Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Validierung eines numerischen Simulationskonzeptes zur gekoppelten Berechung von Thermalschutzsystemen (TPS) und heißen Strukturen in der Wechselwirkung mit einem hypersonischen Strömungsfeld. Innerhalb der numerischen Kopplungsumgebung wurde die Strömungslösung mit dem TAU-Code des DLR berechnet und die Simulation der Struktur mittels des Finite-Elemente-Lösers ANSYS durchgeführt. Die Kopplung der unterschiedlich diskretisierten Netze erfolgte über die Interpolationsroutine MpCCI (Mesh-based Code Coupling Interface). Zum Aufbau einer experimentellen Datenbasis wurden zwei Versuchsmodelle hinsichtlich intensiven Wechselwirkungsverhaltens konstruiert und im lichtbogenbeheizten Windkanal L3K des DLR Köln getestet. Die betrachteten Konfigurationen umfassen dabei sowohl thermische Strömungs-StrukturWechselwirkungen, wie das Aufheizen. eines Spaltbereichs oder den Einfluss von Strahlungsaustausch auf die Oberflächentemperatur, als auch thermo-mechanisches Wechselwirkungsverhalten, wie die Entstehung von Strukturunstetigkeiten (Spalten und Stufen) aufgrund von thermisch und mechanisch induzierter Verformungen. Durch den Vergleich der Ergebnisse der gekoppelten Simulationen sowie der ungekoppelten Strömungslösungen mit den experimentellen Versuchsdaten konnte gezeigt werden, dass das untersuchte Fluid-Struktur-Kopplungsverfahren wesentlich dazu beitragen kann, die Vorhersagegenauigkeit der thermischen und mechanischen Strukturantwort von Thermalschutzsystemen und heißen Strukturen zu verbessern. Anhand von Simulationen unter Flugbedingungen wurde die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Bedingungen betrachtet.
Thermisch-mechanisches Verhalten heißer Strukturen in der Wechselwirkung mit einem umströmenden Fluid
2005
160 Seiten, 105 Bilder, 29 Tabellen, 98 Quellen
Theses
German
Umströmung , Wechselwirkung , hypersonische Strömung , Finite-Elemente-Methode , Wiedereintritt , Lichtbogenbeheizung , Strömungszustand , Programmsystem , numerische Strömungssimulation , faserverstärkte Keramik , Thermodynamik , experimentelle Untersuchung , Raumfahrzeug , Dissoziation , Knudsen-Zahl , chemisches Gleichgewicht
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