Probabilistische Untersuchungen zu Scramjet-Antriebssystemen

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Die Auslegung von Stausstrahlantrieben mit Überschallverbrennung ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Variablen, die ein hochgradig nicht-lineares und komplexes System beeinflussen. Überlicherweise dienen Mittelschnittrechnungen, numerische Simulationen oder empirische Studien dazu, das Betriebsverhältnis eines Antriebssystems zu ermitteln. Aufgrund der hohen Komplexität von hypersonischen Strömungen und des unvollständigen Wissens über die grundlegenden physikalischen Effekte wird in diesem Zusammenhang ein gegenüber diesen Unsicherheiten robustes Verfahren gefordert. Die exakte Modellierung derart komplexer Systeme ist in der Regel nicht möglich. Vielmehr ist bei der Simulation mit einer Vielzahl von Unsicherheiten zu rechnen, bei deren Beschreibung zwischen zwei Typen von Unsicherheit unterschieden werden muss. Zum einen sind physikalische Messungen, die zur Validierung numerischer Verfahren oder zur Abstimmung des Anströmzustandes verwendet werden, einem von der Messgenauigkeit des verwendeten Instrumentes abhängigen, stochastischen Restfehler unterworfen. Zum anderen unterliegen die Modelle selbst einer spezifischen Unsicherheit, da die Modellbildung Teilaspekte des Systems vernachlässigt oder durch empirische Korrelationen vereinfacht. In der vorliegenden Arbeit wird ein probabilistisches Verfahren zur Leistungsvorhersage von Scramjet-Antriebssystemen vorgestellt, welches die vorherrschenden Unsicherheiten konsistent in die Ermittlung des Nettoschubverkehrs mit einbezieht. Hierbei werden sowohl die natürlichen Streuungen der Anströmbedingungen als auch die Ungenauigkeiten der physikalischen Modellierung berücksichtigt.