Stoßrohr-Transschallkanal (STK)

  Fotografie des STK Prüfstands Urheberrecht: © HGD

Im Stoßrohr-Transschallkanal werden transsonische Umströmungen von zweidimensionalen Tragflügelprofilmodellen bei hohen Reynoldszahlen untersucht. Ursprünglich diente das Stoßrohr zur Untersuchungen von Staubexplosionen und ist für einen Betriebsdruck von 25 MPa ausgelegt. Diese Anlage wurde um eine Messtrecke und einen Dämpfungskessel erweitert, um Tragflügelprofilmessungen zu ermöglichen. Die Messzeit beträgt nur 5-10 ms. Diese Zeit ist zwar verglichen mit konventionellen Windkanälen kurz, aber die Stoßrohrtechnik erlaubt die Untersuchung von Strömungen mit hohen Reynoldszahlen ohne den aufwendigen Einsatz von Cryotechnik.

  schematische Darstellung und Ort-Zeit-Graph des Experiments Urheberrecht: © HGD

Die Versuchsströmung wird mittels eines Verdichtungsstoßes in einem Stoßrohr erzeugt. Das Stoßrohr besteht aus einem Hoch- und einem Niederdruckteil. In Bild 2 ist der Stoßrohr-Transschallkanal mit einem Wellenplan schematisch dargestellt. Vor Beginn des Versuchs wird der Hochdruckteil mit dem Treibergas, in unserem Fall Stickstoff oder Luft, auf den Ausgangsdruck p4 mit der Temperatur T4 gefüllt. Der Hochdruckteil ist durch eine Membran vom Niederdruckteil getrennt. Der Niederdruckteil wird mit dem Versuchsgas, typischerweise Stickstoff oder Luft, auf den Druck p1 mit der Temperatur T1 eingestellt. Damit ein Stoß entstehen kann, muss p4 größer als p1 sein. Die Ausgangstemperaturen T1 und T4 sind gleich. Zum Zeitpunkt t=0 wird die Membran, die den Nieder- vom Hochdruckteil trennt, kontrolliert zum Bersten gebracht. Durch den Druckunterschied entsteht eine Stoßwelle, die in Richtung Niederdruckteil mit der Geschwindigkeit us läuft. Hinter der Stoßwelle stellt sich der transsonische Strömungszustand ein, bei dem die Profilumströmung erfolgen soll.

Die Länge des Stoßrohrs beträgt insgesamt 35,5 m (Niederdruckteil 29,3 m, Hochdruckteil 6,2 m) bei 300 mm Innendurchmesser. Die Messstrecke ist für einen maximalen Betriebsdruck von 4 MPa ausgelegt, der notwendig ist, um Reynoldszahlen von bis zu 40 Mio. zu realisieren.