Bücher der Reihe Berichte aus der Luft- und Raumfahrttechnik

Das zentrale Thema dieses Begleittextes ist das Starrkörper- oder 6DOF-Modell (6 degrees of freedom), das die Schwerpunkt- und Lagedynamik enthält. Das Starrkörpermodell ist Grundlage für Flugsimulation und Flugregelung. In der Flugregelung mit ihren traditionellen linearen Ansätzen wird das Starrkörpermodellumstationäre Flugzustände, meist den stationären Horizontalflug, linearisiert. Es entstehen die klassischen linearen Entwurfsmodelle der Flugregelung, die Längs- und Seitenbewegung", die unter der Überschrift " Lineare Bewegungsgleichungen" hergeleitet und untersucht werden.Wie der Begriff " Starrkörpermodell" nahelegt, gibt es auch komplizierte flugmechanische Modelle, die das Flugzeug als elastischen Körper beschreiben. Solche Modelle sind z.B. für die Regelung von Strukturschwingungen erforderlich, was über den Rahmen dieses Textes jedoch weit hinausgeht. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal flugmechanischer Modelle ist das zugrundeliegende Erdmodell. Im vorliegenden Text wird zwischen " runder, rotierender Erde" und " ruhender, flacher" Erde unterschieden. Die letztere Vereinfachung ist für kurze Flugbahnen über geringe Distanzen gerechtfertigt. Kompliziertere Modelle berücksichtigen die Tatsachen, dass . die Erde keine ideale Kugelgestalt hat und . der Schwerkraftvektor kein konstanter Vektor in Richtung des Erdmittelpunktes ist.Die in diesem Text vorgestellten Kraft- und Momentenmodelle beziehen sich auf " Flächenflugzeuge" im Gegensatz zu Hubschraubern. Die Flugmechanik von Hubschraubern ist ein Spezialthema im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik. Die Flugmechanik ist auch Grundlage zur Berechnung aller Flugleistungen, was im Wesentlichen im Fachgebiet " Luftfahrttechnik" geschieht. Hier wird auch das Thema der statischen Stabilität ausführlich behandelt, das in diesem Text nur am Rande erscheint. Eine weitere Abgrenzung der Thematik besteht darin, dass die klassische Flugmechanik den Flug im erdnahen Bereich betrachtet. Die in diesem Text hergeleiteten Modelle eignen sich z.B. auch, um den Wiedereintritt eines Space Shuttle zu simulieren oder den Aufstieg einer Rakete in eine Erdumlaufbahn. Darüber hinausgehende interplanetare Bahnen sind Gegenstand der Raumfahrtsysteme.

In dieser Arbeit werden die Ergebnisse einer grundlegenden experimentellen Untersuchung der Umströmung und des Wärmeübergangs an PKW-Scheibenbremsen diskutiert. Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über die komplexen Strömungsvorgänge im Bereich der Bremsanlage und stellen darüber hinaus eine umfangreiche Datenbasis zur Validierung von numerischen Berechnungsverfahren bereit. Die detaillierte Analyse der Strömungsvorgänge erfolgt mit Hilfe von zwei neu konstruierten Versuchsständen, die sowohl die Untersuchung der Grenzschichtströmung und des Wärmeübergangs an einem generischen Bremsscheibenmodell als auch der Bremsscheibenumströmung in einer realitätsnahen Fahrzeugumgebung ermöglichen. Die räumlich hochaufgelöste Vermessung der komplexen, dreidimensionalen Strömungsfelder (Stereoskopische Particle Image Velocimetry) im Bereich der Bremsscheibe sowie der Temperaturfelder (Infrarot- Thermografie) auf der Scheibe erfolgt mit berührungslosen, optischen Messverfahren, durch die eine Beeinflussung der untersuchten Strömung vermieden wird.Im ersten Testfall einer quer zur Rotationsachse überströmten und beheizten Bremsscheibe wird der Einfluss der Scheibenrotation auf eine turbulente Plattengrenzschicht und der resultierende Effekt auf die Kühlleistung untersucht. Ferner wird die Veränderung der Turbulenzstrukturen durch die Wärmeeinleitung an der Scheibenoberfläche beschrieben und die Auswirkung auf den konvektiven Wärmetransport aufgezeigt. Anhand der Messergebnisse wird nachgewiesen, dass sich die infolge der Scheibenrotation entstehenden Bereiche mit beschleunigter bzw. verzögerter Relativgeschwindigkeit weitestgehend kompensieren, so dass die mittlere konvektive Kühlleistung der Scheibe im Vergleich zu einer reinen Translationsströmung nur insignifikant zunimmt.Im zweiten Testfall erfolgt eine Untersuchung der Bremsscheibenumströmung im Radhaus eines vereinfachten PKW-Halbmodells mit offenem Luftführungskanal zur gezielten Bremsenanströmung. Ein Radmodell mit Acrylglas-Laufflächen ermöglicht dabei trotz der eingeschränkten Zugänglichkeit zum Radhaus detaillierte Geschwindigkeitsmessungen im Nahfeld der Bremsscheibe. Neben einer Betrachtung der Bremsscheibenumströmung wird die globale Strömungstopologie im Radhaus analysiert. Es wird gezeigt, dass die für den konvektiven Wärmeübergang maßgebliche Umströmung der Bremsscheibe durch den im offenen Luftführungskanal gebildeten Luftstrahl dominiert wird. Dabei wird der Verlauf des Luftstrahls vom Ablöseverhalten an der inneren Reifenflanke bestimmt, welches wiederum maßgeblich durch den Abströmwinkel des Strahls am Austritt des offenen Luftführungskanals beeinflusst wird.