Korrelationsalgorithmen und Optischer Fluss zur Berechnung von Dichtefeldern einer expandierenden Düsenströmung mittels der BOS Methode im VergleichApplication of the BOS-Method for the calculation of adensity field of expanding nozzle flows: comparison of correlation algorithms and optical flow

Zur Lage- und Bahnregelung von Raumfahrzeugen werden Steuertriebwerke (Mikrodusen) mit einer Grose von wenigen Millimetern verwendet. Zur Charakterisierung ihres Ausstosverhaltens mussen diese Dusen experimentell und mittels numerischer Simulationen untersucht werden. Durch den Betrieb der Dusen im Vakuum entstehen besondere Herausforderungen an die angewandten Messtechniken und Simulationsalgorithmen. Unter anderem wird die Anwendung der Particle Image Velocimetry (PIV) zur Bestimmung des Geschwindigkeitsfeldes unmoglich, da bei diesem Verfahren der Stromung Partikel beigefugt werden mussen. Aufgrund der hohen mittleren Weglange der Molekule und der Tragheit der Partikel wurden diese den Beschleunigungen und damit den Stromlinien nicht folgen. Zur Untersuchung dieser Stromungen mussen andere Messtechniken, wie die Background Oriented Schlieren (BOS)-Technik (siehe Richard u. a. 2002), eingesetzt werden. Bei diesem Messverfahren handelt es sich um ein optisches Messsystem, das eine beruhrungslose Messung des Dichtegradienten und damit auch der Dichte ermoglicht, wobei die Stromung nicht durch Partikel geimpft werden mus. In der vorliegenden Arbeit wurde die BOSMesstechnik dem Skalenbereich von Mikrodusen angepasst, und ihre Anwendbarkeit untersucht. Diese modifizierte Messtechnik wird im Weiteren als μBOS-Messtechnik bezeichnet. Mit Hilfe der μBOS-Messtechnik wurde die Expansionsstromung einer Mikroduse in das Vakuum untersucht. Zur Rekonstruktion von dreidimensionalen Dichtefeldern wendeten Venkatakrishnan u. Meier 2004 ein Tomographie-Verfahren auf BOS-Messergebnisse an. Dieses Verfahren wurde verwendet um das radialsymmetrische Dichtefeld zu rekonstruieren.