In die Atmosphäre wiedereintretende Flugkörper sind sehr hohen Wärmelasten ausgesetzt. Heutige Hitzeschutzsysteme, die diese Wärmelasten von der tragenden Struktur abhalten sollen, bestehen in der Regel entweder aus ablativen Materialien oder aus Keramikkacheln mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Alternativ zu den bestehenden Verfahren ist der Einsatz einer Filmkühlung denkbar, so wie sie im Bereich der Turbinenschaufelkühlung zum Stand der Technik gehört. Durch Einleiten eines Kühlfluids auf der zu kühlenden Oberfläche werden bei dieser Methode die Wärmelasten von der Struktur abgehalten. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass zum einen die Kühlung an die jeweiligen Strömungsbedingungen angepasst werden kann und zum anderen die Oberfläche des Wiedereintrittskörpers sich deutlich weniger aufheizt. Infolge der damit sinkenden Materialanforderungen ist es eventuell möglich, die Kosten und das Gewicht des Hitzeschildes zu verringern. Ein weiterer Aspekt stellt die Zuverlässigkeit des Hitzeschutzsystems dar. Sie könnte mit einem geeigneten aktiven Kühlsystem erhöht werden, da lokales Versagen der Kühlung durch Verstärkung der Kühlfluideinleitung auf der Störstelle kompensiert werden kann. Ziel dieser Arbeit ist es nun, die grundsätzlichen Vorgänge bei Ausblasung eines Kühlgases in einer Überschallströmung aufzuzeigen. Der Fokus liegt dabei auf laminaren Strömungen, die während der kritischen Wiedereintrittsphase eines auftriebsgestützen Wiedereintrittskörpers typisch sind. Um einen möglichst umfassenden Überblick über die charakteristischen Größen, die den Kühlungsprozess beeinflussen, zu erhalten, werden in der vorliegenden Arbeit sukzessive die Strömungsgrößen der Haupt- und Kühlgasströmung sowie die Ausblasgeometrie variiert. Basierend auf theoretischen Überlegungen sowie numerischen und experimentellen Ergebnissen wird eine Korrelationsbeziehung aufgestellt, die die Einflüsse aller charakteristischen Größen auf die Kühlgasausblasung an einer ebenen Platte über eine große Variationsbreite erfasst. Ergänzend werden erste Ergebnisse zur Kühlung an stumpfen Körpern und zur Kühlung an der ebenen Platte bei turbulenter Überschallströmung vorgestellt.
Untersuchungen zur Filmkühlung in supersonischen Strömungen
2009
137 Seiten, Bilder, 6 Tabellen, 77 Quellen
Theses
German
Untersuchungen zur Filmkühlung in supersonischen Strömungen
TIBKAT | 2009
|Experimentelle Untersuchungen zur Filmkühlung in Raketenbrennkammern
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2008
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TIBKAT | 1988
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TIBKAT | 2008
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