Forschung im HLRN-Verbund 2011

151Abbildung 1: Umströmung eines 7 ◦ -Halbwinkelkegels mit Mach 6. Berechnet wurde ein 90 ◦ Segment. Dargestelltist zum einen der Dichtegradient und zum anderem die Schwankungen des Oberflächendruckes.Aus der pulsartigen Anregung entwickeln sich im späteren Verlauf 2D Strukturen, welche die Grenzschichtinstabilitätder zweiten Mode darstellen.es dieser Ansatz, verschiedene Parametervariationeneffizienter durchzuführen.Eine Simulation besteht aus drei Schritten.Zunächst wird das stationäre Strömungsfeld umdas Modell berechnet. In diese Lösung wird imzweiten Schritt eine sehr kleine Störung eingefügt.Diese wurde mittels einer gasdynamischenÄhnlichkeitslösung für Explosionen bestimmt undentspricht sehr genau einer Laser-generiertenStörung. Als letzter Schritt folgt eine instationäreRechnung, aus der die Interaktion der Stoßwellemit der konischen Grenzschicht und die Entwicklungder induzierten Störung und Grenzschichtinstabilitätfolgt.Die Abbildung zeigt einige Ergebnisse einer solchenRechnung. Dargestellt ist der Dichtegradientin einer wandnormalen Ebene. Sichtbar ist zumeinen der von der Kegelspitze ausgehende Verdichtungsstoß.Der Rand der Grenzschicht stelltsich als dunkler Streifen in Wandnähe dar. Fernersind die sphärische Stoßwelle, die Reflektionan der Wand und das heiße Zentrum der Störungsichtbar. Die Druckfluktuationen an der Wand sindals farbige Kontur dargestellt. Das große Bild entsprichteinem Zeitpunkt von 40 µs nach dem Laserpuls.Auf der Oberfläche stellt sich die ursprünglichsphärische Störung durch die Überlagerung mitder Mach 6 Strömung als elliptische Form dar.Die in Strömungsrichtung laufende Stoßwelle istdabei deutlich stärker als die stromauf Laufende.Bereits hier haben sich durch die Reflektionan der Wand neben der Stoßwelle weitereStrukturen im Zentrum gebildet. Im weiteren Verlaufschwächt sich die Stoßwelle immer mehr abund es entwickeln sich 2D Strukturen, welche denin diesem Projekt betrachteten Instabilitätswellender Mack’schen Mode entsprechen. Die Amplitudedieser Strukturen steigt dabei immer weiter anund die räumliche Erstreckung nimmt im Einklangmit natürlichen Wellenpaketen zu. Wir hoffen, diekünstlichen Störungen so weit zu charakterisieren,daß wir sie zukünftig in komplexe Grenzschichteneinbringen und die Wechselwirkungen mit anderenModen untersuchen können.Mehr zum Thema1. Heitmann D., Radespiel R., Kähler C.: Investigationof the response of a hypersonic 2Dboundary layer to controlled acoustic disturbances,AIAA-2010-536, 48th AIAA AerospaceSciences Meeting Including the New HorizonsForum and Aerospace Exposition, Orlando, Florida,Jan. 2010.2. Schwamborn D., Gerhold T., Heinrich R.: TheDLR TAU-Code: Recent Applications in Researchand Industry, In: P. Wesseling, E. Oate,J. Priaux (Eds), ECCOMAS CFD, Egmond aanZee, The Netherlands, 2006.FörderungDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)Ingenieurwissenschaften