Abstract:
Die Nickdämpfungskoeffizientensumme Cmq+Cmα' hat einen bedeutenden Einfluss auf die Flugstabilität von Projektilen. Die Gewinnung von präzisen experimentellen Daten ist jedoch mit hohem Aufwand verbunden und bei transsonischen Machzahlen mit vorhandenen Messmethoden häufig nicht möglich. Die experimentelle Datenbasis, die als Referenz für numerische Simulationen dient, ist daher bei diesen Fluggeschwindigkeiten unzureichend. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Bestimmung von Cmq+Cmα' im Windkanal, mit der auch bei transsonischen Machzahlen zuverlässige Messungen möglich sind. Um die Problematik der Halterungsinterferenzen zu minimieren wird hierfür eine Drahtaufhängung verwendet. Die Entwicklung dieser Testmethode sowie eines geeigneten Auswertungsansatzes sind Inhalt dieser Dissertation. Die Anforderungen an den experimentellen Aufbau werden dabei unter Berücksichtigung der Bedingungen im verwendeten Windkanal aufgestellt. Zur Auswertung wird ein statistischer Ansatz verfolgt, wobei durch Einbeziehung mehrerer Tests bei gleichen Konditionen die Messungenauigkeit reduziert und quantifiziert werden kann. Zur Berücksichtigung der nichtlinearen Charakteristik des Oszillators sowie der mechanischen Dämpfung, turbulenten Strömung und auf die Präsenz der Drähte zurückgehenden Dämpfungseffekte werden geeignete Modellansätze mit einbezogen.
Zur Validierung werden zwei Referenzmodelle, der Basic Finner und der ANSR, verwendet. Die Messergebnisse werden dabei neben Literaturdaten auch mit eigenen CFD-Simulationen verglichen. In einer umfassenden Studie wird der Einfluss von Drahtvorspannung, Drahtdurchmesser und weiterer Parameter auf die Ergebnisse evaluiert und bewertet. Der Effekt der Drähte auf das Strömungsfeld und die Messergebnisse wird durch CFD-Simulationen und Visualisierungsexperimente untersucht. Die Messergebnisse weisen für beide Modelle eine sehr gute Übereinstimmung mit den CFD-Resultaten auf. Im Falle des Basic Finners kann die Messungenauigkeit im Vergleich mit Freiflugversuchen um eine Größenordnung reduziert werden. Am Beispiel des ANSR zeigt sich, dass der Effekt der Drähte auf Cmq+Cmα' gering ist und mit einem einfachen Modellansatz beschrieben werden kann.