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Helmholtz-Nachwuchsgruppe:

Hochtemperaturmanagement für den Hyperschallflug

 

Hochtemperaturstrukturen sind in der Raumfahrt von essentieller Bedeutung und finden Anwendung zum Beispiel für Hitzeschilde beim atmosphärischen Eintrittsflug (SHEFEX) oder auch in Hyperschallantrieben (Scramjet). Sie müssen noch immer mit sehr hohen Sicherheitsfaktoren ausgelegt werden, weil das Thermalverhalten vor allem in Interaktion mit der Anströmung nicht ausreichend gut verstanden ist. In Kooperation mit dem Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrttechnik (ITLR) der Universität Stuttgart untersucht Dr. Böhrk im Rahmen der Nachwuchsgruppe moderne Hitzeschilde in Simulation und Experiment.

HiTTeam
Das HiT-Team im September 2014


Zentraler Arbeitspunkt ist die Analyse der Vorderkante des scharfkantigen Rückkehrfahrzeugs SHEFEX III, die mit ihrem sehr kleinen Radius von nur 1 mm besonders stark belastet wird, sodass eine Kühlung von Bedeutung ist. Sie soll daher transpirationsgekühlt werden, also während der heißen Flugphase von Kühlgas durchströmt werden. Für eine derartige Struktur fehlen derzeit jedoch sowohl im Bereich Auslegung als auch im Bereich Instrumentierung die nötigen Werkzeuge. Die Nachwuchsgruppe soll diese Werkzeuge erarbeiten und die Grenzen und Möglichkeiten der Kühlung einer scharfen Anlaufkante untersuchen.

Die Drittmittelgeber

Das Projekt wird von der Helmholtz-Gemeinschaft im Rahmen des Impuls- und Vernetzungsfonds als Helmholtz-Nachwuchsgruppe gefördert.

 

 

 

HiT-Projekte

Auslegung und Berechnung transpirationsgekühlter scharfer Anlaufkanten von Hyperschallfahrzeugen


Ein Arbeitsgebiet der Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Hochtemperaturmanagement für den Hyperschallflug“ ist die Entwicklung eines Programms zur Bestimmung der Materialtemperaturen einer transpirationsgekühlten scharfen Vorderkante während des Wiedereintritts. Die Kenntnis dieser Temperaturen ist Voraussetzung, um das Bauteil optimal auslegen zu können.
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Detaillierte numerische Simulation der Wärmeübergänge an transpirationsgekühlten scharfen Anlaufkanten


Eines der Ziele der Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Hochtemperaturmanagement für den Hyperschallflug“ ist es, den konvektiven Wärmeübergang einer heißen Strömung auf eine transpirationsgekühlte poröse Struktur detailliert zu beschreiben und zu modellieren. Um die internen und externen Prozesse verfolgen zu können, wurde ein numerischer OpenFOAM-Löser zur experimentellen Transpirationsuntersuchung entwickelt.
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Zustandsüberwachung in heißen Strukturen


Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Hochtemperaturmanagement für den Hyperschallflug“ entwickelt Sensoren zur Überwachung von Hitzeschutzsystemen von Raumfahrzeugen. Mit Hilfe des Prüfstands für WIderSTAndsMessungen (WISTAM) kann die Reaktion des Materials auf Schädigung gemessen und diese so lokalisiert und analysiert werden.
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Kontakt
Dr.-Ing. Tina Stäbler
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie

Stuttgart

Tel.: +49 711 6862-8208
Dr.-Ing. Hannah Böhrk
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie

Stuttgart

Tel.: +49 711 6862-604

Fax: +49 711 6862-227
Forschung
Publikationen
Partner
intern
News
April 2018: Die wöchentliche Vorlesung "Poröse Medien in der Luft- und Raumfahrt" von Dr. Hannah Böhrk läuft wieder.
Januar 2018: herzlichen Glückwunsch! Tina Stäbler bekommt diesen Monat den Amelia-Earhart-Preis verliehen. mehr>
Mai 2017: superspannende Messkampagne mit unserem CT-Ofen am Synchrotron des KIT.
Dezember 2016: Christian Dittert macht eine spannende Messkampagne mit unseren Kollegen der HEFDiG (High Enthalpy Flow Diagnostics Gruppe) in den mächtigen Plasmawindkanälen des benchbarten Instituts für Raumfahrtsysteme.
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Kühleffekte für hohe Temperaturen
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