Stoßrohr

Das Stoßrohr oder Stoßwellenrohr ist ein abgeschlossenes System aus zwei Rohren, die zunächst durch eine Membran getrennt sind. In einem der beiden Rohre, dem Kompressionsrohr, wird das Treibgas auf einen hohen Druck gebracht. Im anderen Rohr, den Stoßrohr findet das Experiment statt. Es wird im Millibar oder Mikrobar-Bereich mit dem Testgas gefüllt, ein Versuchsobjekt kann eingebracht werden. Die Stoßwelle entsteht, wenn die Membran entweder durch den Überdruck im Hochdruckteil oder durch eine zu betätigenden Auslösemechanismus zerstört wird. Dann strömt das Treibgas in das Stoßrohr und schiebt das Testgas vor sich her, das eine um viele Größenordnungen niedrigere Dichte aufweist. Eine Durchmischung findet bis zum Versuchsende praktisch nicht statt. Das Testgas erhitzt und verdichtet sich, ausgehend von der Kontaktfläche zum Treibgas (C im Weg-Zeit-Diagramm). Die Front des so beeinflussten Testgases zum noch unbeeinflussten Gas ist die Stoßfront (S im Diagramm). Während sich das Treibgas ausdehnt, nimmt dort Druck, Dichte und Temperatur ab. Eine scharfe Wellenfront entsteht dabei nicht, die Größen ändern sich stetig (im Bereich E) von der Stoßfront zum noch unbeeinflussten Bereich. Am Rohrende reflektiert die Stoßwelle und läuft im Testgas zurück, wobei sich Temperatur und Druck nochmal erhöhen. Die Stoß-Machzahl erhöht sich, wenn das Treibgas eine größe Schallgeschwindigkeit aufweist. Dazu kann ein anderes Gas als das Testgas eingesetzt werden, oder das Treibgas kann aufgeheizt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit können im Hyperschall-Bereich weiter erhöht werden, wenn das Ende des Stoßrohres in eine Lavaldüse übergeht.