pdf-download - Lehrstuhl für Thermodynamik - Technische ...

Brennstoffs. Hierfür müssen Brennstoff und Luft gut gemischt werden, was
zur Folge hat, dass die Brennkammer lang genug sein muss, um gute Vermischung
und vollständigen Ausbrand des Brennstoffs zu gewährleisten. Das
Problem bei Scramjets ist nun, dass die Brennkammer mit extrem hohen Geschwindigkeiten
(O (1000 m/s)) durchströmt wird. Dennoch muss die Brennkammer
möglichst kurz sein, damit Gewicht, Reibungswiderstand und Kühlung
minimiert werden können (vgl. [Oda04]). Zudem muss die Flamme
stabilisiert werden, da die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung (O (10
m/s)) sehr viel kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit ist. Zur Stabilisierung
einer Flamme in einer Überschallströmung existieren verschiedene Konzepte,
wie die aerodynamische oder die reaktionskinetische Stabilisierung
[Grü98,San03]. Flammenhalter wie z. B. Querstreben sichern zwar eine stabile
Verbrennung in der Brennkammer, verursachen aber starke Verluste. Andere
Konzepte, welche geringere Verluste produzieren, sind dagegen weniger geeignet
für eine zuverlässige und effektive Verbrennung. Nach vielen Jahren der
Scramjet-Forschung hat sich herausgestellt, dass es keinen Königsweg gibt,
sondern dass das Brennkammerkonzept einen Kompromiss darstellt, welcher
nur in einem iterativen Prozess gefunden werden kann. Die Simulation ist deshalb
von besonderem Interesse, da ein realistischer Test unter Flugbedingungen
am Boden nicht möglich ist.
Dieses Projekt baut auf der Arbeit von Lyubar [Lyu05] auf, der im Sonderforschungsbereich
255 Transatmosphärische Flugsysteme mitwirkte. Die theoretische
Arbeit von Lyubar befasste sich mit der effizienten Modellierung der
Überschallverbrennung für Scramjet-Antriebe. Als Verbrennungsmodell wurde
ein detaillierter H 2 − O 2 -Reaktionsmechanismus verwendet. Dieser Ansatz
ist nur dann gerechtfertigt, wenn in jeder Rechenzelle lokal gerührte Bedingungen
vorliegen, was auch bei Überschallflammen höchstens näherungsweise
der Fall ist. Die aufwendige Berechnung der detaillierten Chemie wurde
umgangen, indem der komplette Reaktionsverlauf in einer hochdimensionalen
Tabelle gespeichert wurde und in der Simulation nur noch ausgelesen
werden musste.
Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des von Lyubar implementierten
Modells für die Überschallverbrennung. Auf der Grundlage der effizienten Ta-
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