Claudia Hofmann leistet herausragende Strömungsforschung: Die wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Fakultät Maschinenbau der Hochschule Landshut und Doktorandin an der Technischen Universität München wurde bei dem renommierten International Symposium on Shock Waves (ISSW35) mit dem Best Student Paper Award ausgezeichnet. Hofmanns Arbeit trägt dazu bei, den Wiedereintritt von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre sicherer und kosteneffizienter zu gestalten. Ihr Beitrag entstand in enger Zusammenarbeit der Hochschule Landshut, der TU München und der Universität der Bundeswehr München. Das prämierte Paper trägt den Titel: „Hypersonic Transitional Experiments on a 10.9° Cone by Using ALTP Sensors for Direct Heat-Flux and Temperature Measurements“.
Schutzsysteme gezielt auslegen
Wenn eine Raumsonde oder ein Raumgleiter auf dem Rückweg zur Erde die Atmosphäre erreicht, herrschen extreme Bedingungen: Die Flugkörper haben Hyperschallgeschwindigkeit, also mindestens die sechsfache Schallgeschwindigkeit. Bis zur Landung werden sie fast komplett abgebremst. Dabei entstehen Wärmelasten und Temperaturen von mehreren tausend Grad, die die Flugkörper unbeschadet überstehen müssen.
Die Oberfläche des Flugkörpers wird dabei aber nicht gleichmäßig beansprucht. „Um ihn sicher und gleichzeitig möglichst kostengünstig zu schützen, ist es entscheidend, zu wissen, wo genau auf der Oberfläche welche Bedingungen herrschen“, macht Claudia Hofmann deutlich. „Dann können wir Hitzeschilde und andere Schutzsysteme ganz gezielt darauf auslegen.“
Auf die Luftströmungen kommt es an
Claudia Hofmann interessiert sich besonders dafür, wie Luftströmungen auf der Oberfläche des Körpers die Hitzeentwicklung beeinflussen. „Man unterscheidet zwischen der laminaren Strömung und der turbulenten Strömung“, erklärt Hofmann. In sogenannten Transitionsmessungen untersucht sie, wann, warum und wo genau am Flugkörper, die Luftströmung von laminar zu turbulent umschlägt. „Die Strömungsart ist ein entscheidender Faktor, der beeinflusst für welche Temperaturen, Wärmelasten und Kräfte wir einzelne Bereiche des Flugkörpers auslegen müssen“, unterstreicht Hofmann.
Bei laminarer Strömung sind die Fluktuationen der Temperatur in der wandnahen Luftschicht (auch Grenzschicht genannt) sehr gering, dagegen kommt es beim Übergang (Transition) zur turbulenten Strömung zu sehr, sehr hohen Fluktuation, die zu hohen Wärmelasten an Flugkörpern führen. Es ist somit wichtig zu verstehen, in welchen Frequenzbereich diese Fluktuationen „wo, wann und warum“ auftreten.
Von der Hochschule weiterentwickelte Messmethode
Für die Messungen nutzte Hofmann eine an der Hochschule Landshut weiterentwickelte Spezialsensorik. Mit einer neuartigen Messmethode und besonders schnellen sogenannten ALTP-Sensoren konnten Wärmestrom und die Oberflächentemperatur direkt bestimmt werden. Die Messungen wurden in einem Hyperschallwindkanal vorgenommen – eine Spezialanlage, die möglichst reale Flugbedingungen am Boden simuliert. Der Flugkörper wurde durch einen spitzen Kegel nachempfunden.
Auszeichnung ein „Meilenstein“ in der Promotion
Die Auszeichnung mit dem Best Student Paper hatte für Claudia Hofmann besondere Bedeutung: „Wir haben über viele Monate an den Messungen gearbeitet und zunächst hat nicht alles funktioniert“, erzählt Hofmann. „Wenn man dann tolle Ergebnisse erzielt und mit einer Auszeichnung belohnt wird, das ist ein tolles Gefühl“. Der Award sei „ein Meilenstein“ in ihrer Promotion und ein wichtiger Schritt in ihrer wissenschaftlichen Karriere. Außerdem verdeutliche der Preis die Bedeutung der praxisnahen Forschung an der Hochschule Landshut: „Die gewonnenen Daten werden künftig helfen, Zukunftstechnologien im Bereich Raumfahrt, Luftfahrt und Verteidigung robuster, sicherer und effizienter zu gestalten“, sagt Hofmann.
Starke Kooperation über drei Institutionen hinweg
Der Preis ist das Ergebnis einer gelungenen Zusammenarbeit dreier Institutionen. Von der Hochschule Landshut war, neben Claudia Hofmann, Prof. Dr. Tim Rödiger beteiligt. Von der Universität der Bundeswehr München wirkten Prof. Dr. Christian Mundt, Jan-Erik Brune und Lukas Jakobs mit. Außerdem war Prof. Dr. Ralf Brederlow von der Technischen Universität München beteiligt.
Claudia Hofmanns Forschungsschwerpunkt als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule Landshut liegt im Bereich Energie, Strömungsmechanik und Thermodynamik. Ihre Promotion führt sie am Lehrstuhl für Schaltungsentwurf der TU München durch.
Über ISSW35
Das International Symposium on Shock Waves (ISSW) ist eine der weltweit führenden Konferenzen im Bereich Überschall- und Hyperschallströmungen. Die 35. Auflage fand dieses Jahr mit internationalen Experten aus Forschung und Industrie statt. Der Best Student Paper Award wird für besonders herausragende Arbeiten von Nachwuchswissenschaftlern vergeben.
Foto 1, Foto 2: ISSW35
Foto 3: Hochschule Landshut
(Frei zur Verwendung bei Angabe der Quelle)
Foto 1: Preisverleihung des Best Student Paper Awards (v. l. n. r.): Prof. Richard Morgan, Claudia Hofmann und Prof. Hideyuki Tanno
Foto 2: Eine starke Kooperation: Claudia Hofmann (links) mit Prof. Dr. Christian Mundt, Projektpartner und Institutsleiter Aerothermodynamik an der Universität der Bundeswehr München
Foto 3: Gratulation zum Best Student Paper Award (v. l. n. r.): Hochschulpräsidentin Prof. Dr. Michaela Wirtz, Claudia Hofmann und Prof. Dr. Tim Rödiger, Projektleiter und Betreuer an der Hochschule Landshut
