Browsing by Author "Barth, Tarik"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Aerothermodynamische Untersuchungen facettierter Raumfahrzeuge unter Wiedereintrittsbedingungen
(2010) Barth, Tarik; Weigand, Bernhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die aerothermodynamische Untersuchung scharfkantiger Wiedereintrittsfahrzeuge unter Durchführung gekoppelter Strömungs-Struktur-Berechnungen, mit denen die Interaktionen zwischen dem hypersonischen Strömungsfeld und der Fahrzeugstruktur erfasst werden. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf der Auswertung des Flugexperimentes SHEFEX (Ma=6). Hierzu findet zunächst eine Sensitivitätsanalyse statt, die zur Identifizierung und Quantifizierung von möglichen Fehlerquellen bzw. Unsicherheiten beiträgt. In diesem Zusammenhang werden unterschiedliche Einflussfaktoren wie Atmosphärenmodelle, Einbaubedingungen und Überstände der Wärmeflusssensoren, Reaktionsverhalten der Thermoelemente, numerische Diskretisierungsfehler usw. untersucht. Für die numerische Berechnung der gesamten Wiedereintrittstrajektorie von SHEFEX wird ein gekoppeltes Strömungs-Struktur-Berechnungsverfahren angewendet, um die Wechselwirkung zwischen der Fahrzeugstruktur und dem Strömungsfeld zeitgenau analysieren zu können. Bei Berücksichtigung der Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse ergeben sich für die numerischen Berechnungen der Druck-, Wärmestromdichte- und Temperaturverteilungen sehr gute Übereinstimmungen mit den experimentellen Daten. Die Berechnungen liefern damit das aerothermodynamische Verhalten von SHEFEX während des Fluges, womit eine umfangreiche Datenbank für ein scharfkantiges Raumfahrzeug bereitgestellt werden kann. Außerdem ist den Berechnungsergebnissen entnehmbar, dass das verwendete Thermalschutzsystem, bestehend aus einfach geformten Platten, dem Wiedereintrittsexperiment standhielt. Basierend auf den Ergebnissen der Flugauswertung von SHEFEX und der Validierung des dabei genutzten Kopplungsansatzes wird die Anwendbarkeit scharfkantiger Fahrzeugformen unter orbitalen Wiedereintrittsbedingungen analysiert, um eine reale Wiedereintrittsmission zu berücksichtigen. Der entworfene Raumtransporter zeichnet sich durch eine einfache Formgebung und günstige aerodynamische Flugeigenschaften aus. Für dieses Fahrzeug resultiert aus entsprechenden Bahnanalysen ein kritischer Flugzustand (Ma=22), der in den Berechnungen als stationärer Flugpunkt angenommen wird, woraus sich eine maximale Aufheizung des Fahrzeugs ergibt. Das Ergebnis hierzu ist, dass die Fahrzeugtemperaturen ausschließlich in der spitzen Körpernase die Grenzwerte des angenommenen TPS-Materials (C/C-SiC) überschreiten. Die Ergebnisse der Flugauswertung von SHEFEX und die Berechnungen für das Fahrzeug unter orbitalen Wiedereintrittsbedingungen zeigen die mögliche Anwendbarkeit facettierter Raumahrzeuge bei hoher aerodynamischer Leistung und moderater aerothermodynamischer Belastung.