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Innendurchströmtes Windkanalmodell LAPCAT2



Innendurchströmtes Windkanalmodell LAPCAT2
Das Projekt LAPCAT2-innendurchströmtes Windkanalmodell-fasst Konzeptstudien eines Technologieträgers für die Anwendung neuartiger Staustrahltechnologien im Einsatz von visionären Hyperschallflugzeugen zusammen. Dabei werden Techniken untersucht, welche im Betrieb zwei separate Triebwerksstufen, je eine für den Unterschallbereich während Start- und Lande-phase und eine für den Hyperschallbetrieb für die Reisephase, zur Anwendung kommen lässt.
Im Rahmen dieses Projektes ist für aerodynamische Messungen in zwei Über- bzw. Hyperschallwindkanälen des Institutes für Aerodynamik und Strömungstechnik, Abteilung Über- und Hyperschalltechnologien (AS-HYP) in Köln ein, durch seine Geometrie und Ausstattungsoptionen, anspruchsvolles innendurchströmtes Windkanalmodell für Kraft- und Druckmessungen zu konstruieren und zu fertigen.

Das Modell, in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt, soll folgende Optionen erhalten:
- verschiedene Klappenausschläge von Canard-, Seiten- und Höhenrudern
- Verschließbarkeit der jeweiligen Einlaufkanäle zur Untersuchung im Unterschall-, bzw. Hyperschallbetrieb
- Instrumentierung mittels über den Außen- und Innenmodellbereich verteilt eingesetzte Druckmessbohrungen zur Ermittlung der dort anliegenden Druckbelastung
- Instrumentierung mittels Dehnmeßstreifenwaage zur Ermittlung der aerodynamischen Kräfte und Momente.

 2013-02-28 B1 LAPCAT2-Modell, Gesamtübersicht 240x150      2013-02-28 B2 LAPCAT2-Modell, Längsschnitt 267x150

Bild 1: LAPCAT2-Modell, Gesamtübersicht         Bild 2: LAPCAT2-Modell, Längsschnitt

Das Windkanalmodell hat, neben seiner anspruchsvollen Modellaußenoberfläche (s. Bild 1), eine komplexe Geometrie der innenliegenden Strömungskanäle (s. Bild 2), welche alle mit großer Oberflächengüte und sehr kleinen Maßabweichungen herzustellen sind.Üblicherweise werden vom Auftraggeber eine Oberflächengüte von Ra=0.8 µm und Maßabweichungen <= 0.05 mm gefordert und vom SHT entsprechend fertigungstechnisch umgesetzt. Diese Strömungskanäle stellen eine grundsätzliche Herausforderung für Konstruktion und Fertigung dar, da sie sich, bedingt durch ihre Geometrie, nur aufwändig umsetzen lassen.

Mit im Vorfeld diskutierten Fertigungsmethoden, wie Feinguss- oder Erodierverfahren, lassen sich die komplexen Kanalverläufe nicht herstellen, sodass als Lösungsansatz die Modellaufteilung in mehrere horizontale Teilbereiche (s. Bild 3) geplant ist. Eine solche Trennung ermöglicht mittels konventionellen Fräsverfahren dann die Herstellung der Kanalstrukturen. Eine weitere Herausforderung stellt die anschließende Verbindung der getrennten Bauteile dar. Sie soll mittels eines Vakuumhartlötverfahrens durch einen externen Anbieter umgesetzt werden. Bei der gesamten Umsetzung muss berücksichtigt werden, dass das Modell eine vorgegebene Masse nicht überschreiten darf. Durch die Auswahl von Titan als Werkstoff und der Erzeugung von „Hohlstellen“, unter Berücksichtigung der mit FEM-Methoden nachgewiesenen notwendigen Festigkeit, kann diesem Aspekt Genüge getan werden.

2013-02-28 B3 LAPCAT2-Modell, Modellteilung 500x250

Bild 3: LAPCAT2-Modell, Modellteilung


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