| Kategorie | Beschreibung |
|---|---|
| Verantwortlich | Prof. a. D. Dr.-Ing. Rolf Radespiel |
| Mach-6-Düse | Mach-3-Düse | |
| Max. Mach | 6 | 3 |
| Messzeit | 60-80 ms | 40 ms |
| Reynolds number | 3 - 20 million | 1.5 - 17.5 million |
| Gesamter druck p0 | 3 bar - 30 bar |
| Gesamte temperatur T0 | 500 K |
| Messstrecke | 0.5 m |
| Gesamtlänge | 26 m |
| Rohr länge x durchmesser | 17 m x 0.22 m |
| Vakuumkessel volumen | 6 m³ |
| El. Anschlussleistung | 20 kW |
Der HLB besteht aus einem langen Ludwieg`schen Druckspeicherrohr mit einer sich anschließenden konvergent-divergenten Düse, welche den Gasstrom in Richtung der Messstrecke expandiert. Im Anschluss an die Messstrecke wird das Gas durch einen Überschalldiffusor geleitet und in einem Vakuumkessel aufgefangen. Ein Schnellschlussventil vor dem engsten Düsenquerschnitt trennt vor dem Versuch den Überdruckteil vom Unterdruckteil der Anlage. Wenn das Ventil öffnet, läuft eine Expansionswelle in das Speicherrohr hinein, wird an dessen Ende reflektiert und läuft zurück zum Ventil. Der dafür notwendige Zeitraum bestimmt die Versuchsdauer, während der in der Düse und somit in der Messstrecke konstante Strömungsbedingungen vorliegen. Dieses einfache, nach seinem Erfinder Hubert Ludwieg benannte Arbeitsprinzip erzeugt eine hypersonische Strömung hoher Qualität ohne die Notwendigkeit einer aufwendigen Totaldruckregelung und großer Beruhigungskammern wie in konventionellen "blow-down"-Anlagen. Die für die Anlage benötigte elektrische Leistung sowie die gesamten Betriebskosten sind bemerkenswert gering.
Der Öffnungswinkel der divergenten Düse variiert für die Mach 6-Düse von anfänglich 7,5° bis 3° am Düsenaustritt. Somit behält die Strömung in der Messstrecke eine leichte Divergenz, wodurch die Düsenströmung unempfindlich gegenüber leichten Abweichungen des Betriebszustandes vom Auslegungspunkt ist. Vergleiche von numerischen Strömungssimulationen und Messungen zeigen, dass die Abweichungen des Pitotdruckes über den nutzbaren Messquerschnitt nicht größer sind als +/-1,2% des Mittelwertes. Das entspricht einer Machzahlvariation von +/-0.6%. Die Messstrecke selbst hat einen konstanten Kreisquerschnitt und verfügt über eine extern gesteuerte XZ-Traverse. Optischen Zugang zur Messstrecke gewähren drei Fenster mit 0.26 m Durchmesser, die sich zu beiden Seiten und an der Oberseite der Messstrecke befinden.
Eine Mach-3-Überschalldüse wurde basierend auf der Infrastruktur des HLB entworfen. Durch den Austausch der Mach-6-Düse gegen eine Mach-3-Düse sowie durch das Einfügen einer zusätzlichen Düse (Länge der 1. Düse = 0,239 m, Länge der 2. Düse = 1,524 m) und einer Beruhigungskammer (Länge = 1,049 m, Durchmesser = 0,354 m) gelingt es dem neuen Tunnel, einen Mach-3-Fluss zu erzeugen. Die Speicherröhre, die Messstrecke, der Diffusor und der Ablassbehälter müssen nicht getauscht werden. Die hohe Strömungsqualität und die hohe Betriebseffizienz des HLB können auch mit der Austauschdüse erreicht werden. Der HLB mit der Mach-3-Düse hat keine Probleme mit Kondensation bei einer Stagnationstemperatur auf Umgebungstemperaturniveau, was die Effizienz des Tunnels weiter verbessert.
Die Raketentriebwerksimulationsanlage bildet die Verhältnisse der Ariane-5-Trägerrakete nach. Mit dieser Anlage ist es möglich, die Wechselwirkung von Nachlaufströmung und Antriebsstrahl zu untersuchen. Das Funktionsprinzip ähnelt dem des HLB Windkanals. Außerhalb der HLB-Teststrecke befindet sich das 32 m lange beheizte Speicherrohr. Das Raketenmodell ist mittig in der Messstrecke des HLB angeordnet. Eine Tandemdüse, die aus einer ersten Düse, einer Beruhigungskammer und einer zweiten Düse besteht, ist in das Raketenmodell integriert. Nach dem Start der Anlage löst sich die Strömung in der ersten Düse ab und es wird ein Stoßsystem erzeugt. Aufgrund dieses Stoßsystems wird die Strömung am Eingang der Beruhigungskammer auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst. In der Beruhigungskammer wird die Gleichförmigkeit der Strömung durch Lochplatten verbessert, die den Gesamtdruck reduzieren und als Strömungsgleichrichter dienen. In der zweiten Düse, bei der es sich um eine TIC- (truncated ideal contour) Düse, wird die Strömung am Düsenausgang auf Mae = 2,5 beschleunigt.