Nicht Intrusive Mehrdimensionale Untersuchung des Spallationseffekts in Ablativen Materialien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Stefan Löhle, seit 6/2018
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329878198

Ziel dieser Arbeit ist, experimentelle Daten uber das "Spallation" Phaenomen zu erfassen. Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Weiterentwicklung von Hitzeschutzmaterialien wie beispielsweise in Brennkammern oder bei Raumfahrzeugen. Unter der Bezeichnung "Spallation" werden in diesem Umfeld die Phaenomene bezeichnet, die dazu fuehren, dass Hitzeschutzmaterialien an ihrer Oberflaeche durch Interaktion mit der hochenthalpen Stroemung zersetzt werden und Partikel in die Stroemung geraten. Deren thermisches und chemisches Verhalten ist entscheidend fuer die Leistungsfaehigkeit eines Hitzeschutzsystems. Bisher wurde jedoch noch nie detailliert die Verteilung, Zusammensetzung oder Temperatur der Partikel untersucht. Dies ist Gegenstand des vorliegenden Antrags.Das Projekt ist in zwei Abschnitte unterteilt: Zunaechst soll die Materialoberflaeche bestmoeglich charakterisiert werden, um die Ejekta an der Oberflaeche zu charakterisieren und auswerten zu koennen. Anschliessend soll die Interaktion dieser ausgeworfenen Partikel mit der Stroemung und der Einfluss auf das Hitzeschild experimentell charakterisiert werden.Die Oberflaechencharakterisierung geschieht mit drei Verfahren: Mit Hilfe einer neuartigen Zwei-Farben-Pyrometrie wird die Temperaturverteilung auf der Oberflaeche erfasst, photogrammetrische Messungen erlauben die dreidimensionale Erfassung des Oberflaechenzustands und mit tomographischen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen konnen die Partikelgeschwindigkeiten gemessen werden. Dies erlaubt in der Summe eine Bestimmung von Temperatur, Groesse und Geschwindigkeit der Teilchen nach der Abloesung von der Oberflaeche in die Stroemung hinein.In der Stroemung werden zusaetzlich Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ausgewertet, um die Flugbahnen der Ejekta bestimmen zu koennen. Auch werden mit Hilfe von spektroskopischen Messungen und gefilterten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen neue Erkenntnisse zur Zusammensetzung und Interaktion der Partikel mit der Stroemung gewonnen. Inbesondere wird das durch die Partikel beeinflusste Strahlungsfeld gemessen um die Auswirkung auf das Hitzteschutzsystem zu untersuchen.Mit den gewonnenen Daten aus diesen Experimenten wird es moeglich sein, detaillierte Modelle zu entwickeln, die eine theoretische Beschreibung der "Spallation" erlauben. Damit koennen zukuenftige Hitzeschilde besser und effektiver gestaltet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Fabian Zander, bis 5/2018