Hintergrund
Die aerodynamische Aufheizung von Raumfahrzeugen während des Wiedereintritts in die Atmosphäre ist eins der Hauptprobleme der Raumfahrt, da die genaue Kenntnis der entstehenden Wärmelasten für eine richtige Dimensionierung des Hitzeschildes entscheidend ist. Für die quantitative Messung der Wärmestromdichte in Kurzzeit-Windkanälen des DLR wird am Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik ein Hochgeschwindigkeits-Wärmebildkamerasystem angewendet.
Das Messverfahren
Die Analyse und Auswertung der gemessenen Temperaturbilder wird mit Hilfe der speziell entwickelten Software HeatFIT durchgeführt, die eine Berechnung und Darstellung der Wärmestromverteilungen direkt nach dem Windkanalversuch ermöglicht. Die integrierte automatische Marker-basierte 3D-Rekonstruktion der aufgenommenen Wärmebilder mit einer Abbildung der Daten auf das 3D-Gitter der Modelloberfläche ermöglicht eine genaue Berechnung der Wärmestromdichte auch an vibrierenden oder beweglichen (z.B. rotierenden) Modellen. Die Analyse der Daten in den Knotenpunkten des Oberflächengitternetzes erleichtert einen Vergleich mit den komplementären CFD-Berechnungen enorm. Ein typisches HeatFIT-Ergebnis einer Windkanalmessung am Rotationskörper, das mittels TECPLOT® visualisiert wurde, ist im Bild präsentiert.
Die Anwendung dieser Technik für qualitative Messungen (z.B. Transitionsvisualisierung) ist auch an kontinuierlichen Windkanälen möglich.
Veröffentlichung zum Thema