 | Grabe M. Modellierung der Treibstrahl-Wechselwirkung von Kleintriebwerken unter Hochvakuumbedingungen: Diss. ... Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Göttingen. - Köln: DLR, 2017. - XII, 117 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2017-42). - Res. auch engl. - Literatur: S.96-106. - ISSN 1434-845
Шифр: (Pr 1120/2017-42) 02
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Bezeichnungen ................................................... v
Kurzfassung .................................................... ix
Abstract ....................................................... xi
1 Einleitung ................................................. 1
1.1 Motivation ................................................. 1
1.2 Zielstellung ............................................... 4
1.3 Aufbau der Arbeit .......................................... 5
2 Stand der Forschung ........................................ 7
2.1 Strahlexpansion in Hochvakuum .............................. 7
2.2 Treibstrahl-Wechselwirkung ................................ 11
2.3 Experimentelle Datenbasis ................................. 15
2.4 Modellierung wechselwirkender Treibstrahlen ............... 17
3 Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) ...................... 21
3.1 Diskretisierung ........................................... 22
3.2 Randbedingungen ........................................... 23
3.2.1 Offene Ränder ...................................... 23
3.2.2 Gas-Oberflächen-Wechselwirkung ..................... 24
3.3 Bewegung der Partikel im Simulationsgebiet ................ 26
3.4 Partikelkollisionen ....................................... 27
3.5 Mittelwertbildung ......................................... 31
3.6 Implementierung der DSMC-Methode .......................... 32
3.6.1 Validierung ........................................ 34
3.6.2 Verifikation ....................................... 36
4 Berechnung der Strahlexpansion ............................ 39
4.1 Vorgehen .................................................. 39
4.1.1 Randbedingungen für die Düsenströmung .............. 40
4.1.2 Stoffdaten ......................................... 41
4.1.3 Lokale Nichtgleichgewichtsparameter ................ 42
4.1.4 Bestimmung des Grenzschichtrandes ................. 44
4.1.5 Randbedingungen für DSMC ........................... 45
4.2 Freie Strahlexpansion ..................................... 47
4.3 Treibstrahl-Wechsel Wirkung ............................... 48
5 Vergleich mit Messungen ................................... 51
5.1 Die Patterson-Sonde ....................................... 52
5.2 Freimolekulare Anströmung ................................. 53
5.3 Gaskinetischer übergangsbereich ........................... 56
5.3.1 Gasdynamischer Grenzfall ........................... 57
5.3.2 Interpolation im übergangsbereich .................. 57
5.4 Vergleich vermessener und berechneter Strömungsfelder ..... 59
5.5 Fehlerabschätzung ......................................... 59
5.5.1 Experiment ......................................... 60
5.5.2 DSMC ............................................... 61
6 Ergebnisse ................................................ 65
6.1 Treibstrahlexpansion ins Vakuum ........................... 65
6.1.1 Nahfeld ............................................ 65
6.1.2 Fernfeld ........................................... 69
6.2 Wechselwirkung zweier Treibstrahlen ....................... 71
6.2.1 Vergleich mit gemessenen Profilen .................. 74
6.2.2 Auswirkung stromab des Düsenaustritts .............. 76
6.2.3 Auswirkung stromauf des Düsenaustritts ............. 80
7 Kritische Diskussion ...................................... 84
7.1 Berechnung stark expandierender Treibstrahlen ............. 84
7.2 Mechanismus der Wechselwirkung ............................ 87
7.3 Gleichwertigkeit von Messung und Rechnung ................. 88
8 Zusammenfassung ........................................... 92
Literatur ...................................................... 96
A Teilchenflussbilanz ...................................... 107
A.1 Maxwell-Verteilung ....................................... 107
A.2 Chapman-Enskog-Verteilung ................................ 108
B Freimolekulare Durchströmung eines langen Spaltes ........ 110
B.1 Teilchenfluss der Anströmung ............................. 111
B.2 Teilchenfluss durch den Schlitzkanal ..................... 111
B.3 Durchtritts Wahrscheinlichkeit ........................... 116
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