Projekt zur instationären Dynamik von Verdichtungsstößen

1 Dezember 2020

Prof. Christian Kähler, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik, hat bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft das Projekt "Experimentelle Analyse der instationären Verdichtungsstoßdynamik durch Wechselwirkungen mit turbulenten Strukturen in einer flachen turbulenten Plattengrenzschicht" erfolgreich eingeworben.

Laufzeit: 01.01.2021 bis 31.12.2023
Förderer: DFG-Sachbeihilfe

Die Stoßwellen-Grenzschicht-Wechselwirkung (SWBLI), bei der eine enge Kopplung zwischen der Grenzschicht und der äußeren Überschallströmung besteht, kommt bei technischen Hochgeschwindigkeitsanwendungen sehr häufig vor. Eines der auffälligen Merkmale der SWBLI ist eine instationäre Stoßfront, die um die mittlere Position oszilliert. Die Stoßschwingung kann zu starken mechanischen Belastungen führen, die zu einem katastrophalen Versagen der Bauteile führen können, z.B. bei signifikanten strukturellen Schäden in einem Überschallfahrzeug. Trotz des kritischen Charakters von instationären Verdichtungsstößen in vielen Bereichen der Hochgeschwindigkeitsaerodynamik gibt es kritische Lücken in unserem Verständnis des Mechanismus, der die Stoßschwingung determiniert.

Diese Lücken im Verständnis dienen als Motivation für das Projekt. Zur Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellungen werden Experimente mit modernsten bildbasierten Messtechniken durchgeführt, wie z.B. der Hochgeschwindigkeits-Schlieren-Visualisierung und Particle Image Velocimetry (PIV) Geschwindigkeitsmessungen. Insbesondere wird eine detaillierte Untersuchung des Einflusses der Verdichtungsstoßstärke auf die Amplitude und die Frequenz der Unstetigkeit durchgeführt, um aktuelle Modelle, die die Auswirkungen der Schockfestigkeit nicht berücksichtigen, so zu verbessern, dass sie die experimentellen Beobachtungen besser vorhersagen können.

^{Bild: © iStockphoto / CTRd}