Investigations on the Turbulent Wake of a Generic Space Launcher Geometry in the Hypersonic Flow Regime

The turbulent wake flow of generic rocket configurations is investigated experimentally and numerically at a freestream Mach number of 6.0 and a unit Reynolds number of 10 x 10^6. The flow condition is based on the trajectory of Ariane V at an altitude of 50 km, which is used as baseline to address the overarching tasks of wake flows in the hypersonic regime like fluid-structural coupling, reverse hot jets and base heating. Experiments using pressure transducers and high-speed schlieren measurement technique were conducted to gain insight into the local pressure fluctuations on the base and the oscillations of the recompression shock. This experimental configuration features a wedge-profiled strut orthogonally mounted to the main body. Additionally, the influence of cylindrical nozzle extensions attached to the base of the rocket is investigated, which is the link to the numerical investigations. Here, the axisymmetric model possesses a cylindrical sting support of the same diameter as the nozzle extensions. The sting support allows investigations of a undisturbed wake flow. A time-accurate zonal RANS/LES approach was applied to identify shocks, expansion waves, and the highly unsteady recompression region numerically. Subsequently, experimental and numerical results in the strut-averted region are opposed with regard to the wall pressure and recompression shock frequency spectra. For the compared configurations, experimental pressure spectra exhibit dominant Strouhal numbers at about S rD = 0.03 and 0.27 and the recompression shock oscillates at 0.2. In general, the numerical pressure and recompression shock fluctuations agree satisfactorily to the experimental results. The experiments with a blunt base reveal base-pressure spectra with dominant Strouhal numbers at 0.08 at the center position and 0.145, 0.21 − 0.22 and 0.31 − 0.33 at the outskirts of the base

Ground State Structure and Low Temperature Behaviour of an Integrable Chain with Alternating Spins

In this paper we continue the investigation of an anisotropic integrable spin chain, consisting of spins $s=1$ and $s=\frac{1}{2}$, started in our paper \cite{meissner}. The thermodynamic Bethe ansatz is analysed especially for the case, when the signs of the two couplings $\bar{c}$ and $\tilde{c}$ differ. For the conformally invariant model ($\bar{c}=\tilde{c}$) we have calculated heat capacity and magnetic susceptibility at low temperature. In the isotropic limit our analysis is carried out further and susceptibilities are calculated near phase transition lines (at $T=0$).Comment: 22 pages, LaTeX, uses ioplppt.sty and PicTeX macro

Ground state and low excitations of an integrable chain with alternating spins

An anisotropic integrable spin chain, consisting of spins $s=1$ and $s=\frac{1}{2}$, is investigated \cite{devega}. It is characterized by two real parameters $\bar{c}$ and $\tilde{c}$, the coupling constants of the spin interactions. For the case $\bar{c}<0$ and $\tilde{c}<0$ the ground state configuration is obtained by means of thermodynamic Bethe ansatz. Furthermore the low excitations are calculated. It turns out, that apart from free magnon states being the holes in the ground state rapidity distribution, there exist bound states given by special string solutions of Bethe ansatz equations (BAE) in analogy to \cite{babelon}. The dispersion law of these excitations is calculated numerically.Comment: 16 pages, LaTeX, uses ioplppt.sty and PicTeX macro

Knöcherne Veränderung infraalveolärer Defekte nach Therapie mit zwei regenerativen Verfahren durch Auswertung standardisierter Röntgenbilder

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zwei unterschiedliche regenerative Therapieverfahren, nämlich Emdogain® (SMP) und Emdogain® in Kombination mit Straumann BoneCeramic® (SMP/SBC), anhand von prä- und postoperativen, standardisierten Röntgenbildern auf ihre röntgenologisch sichtbare Defektauffüllung von ein- und zweiwandigen infraalveolären Defekten hin zu vergleichen. In fünf über Deutschland verteilten Zentren wurden in einer randomisierten, kontrollierten Doppelblindstudie 68 Patienten therapiert, 33 Fälle mit SMP allein und 35 mit SMP/SBC. Die präoperativen und postoperativ nach einem Zeitraum von zwölf Monaten erstellten Röntgenbilder wurden mittels Flachbettscanner digitalisiert und mit dem Programm SIDEXIS® ausgewertet. Zur Vermeidung von Fehlinterpretationen wurde die Vorgehensweise des Untersuchers zur Bestimmung der Messwerte vor der Studie anhand von 20 Röntgenaufnahmen einer anderen Studie auf den Leiter der Untersuchung kalibriert. Bestimmt wurden die Messstrecken Schmelz-Zement-Grenze /Restaurationsrand (SZG/RR) zum Defektboden (DB), SZG/RR zum Limbus alveolaris (LA) sowie INFRA. INFRA stellt die Distanz zwischen DB und einer horizontalen Hilfslinie durch den koronalsten Punkt des Alveolarfortsatzes (M3) dar. Schließlich wurde der Defektwinkel (< M3-DB-SZG/RR) bestimmt. Der durchschnittliche Knochenabbau (SZG/RR-DB) der mit SMP/SBC operierten Defekte lag vor der Therapie bei 9,77 ± 3,19 mm und der nur mit SMP behandelten Defekte bei 10,07 ± 2,47 mm. Zwölf Monate nach Therapie konnte eine 13,9 %ige knöcherne Defektauffüllung für Emdogain® allein und 18,1 % für die Kombinationstherapie ermittelt werden. Bezogen auf die infraalveoläre Komponente (INFRA) ist in der Kombinationsgruppe eine 37 %ige (2,19 ± 2,21 mm) und in der SMP-Gruppe eine 26 %ige (1,49 ± 1,89 mm) knöcherne Defektauffüllung erreicht worden. Innerhalb einer Gruppe war die Defektwinkelvergrößerung im Vergleich mit den Ausgangswerten statistisch signifikant, im Gruppenvergleich jedoch nicht. Eine unabhängige statistische Analyse der Ergebnisse mit Hilfe des Wilcoxon- und Mann-Whitney-U-Tests konnte in beiden Gruppen eine statistisch signifikante, wenn auch geringe knöcherne Veränderung des Limbus alveolaris sowie eine Defektwinkelvergrößerung belegen. Diese wurden als Zeichen einer Defekt füllenden, knöchernen Heilung gewertet. Des Weiteren wurde anhand einer multiplen Regressionsanalyse der Einfluss der einzelnen Variablen auf die knöcherne Auffüllung untersucht, wobei sich zeigte, dass die präoperative Größe des infraalveolären Defektes (INFRA) sich statistisch signifikant positiv auf die Defektauffüllung auswirkt. Ein signifikanter Vorteil der Kombinationstherapie gegenüber der alleinigen Anwendung von Emdogain® konnte nicht nachgewiesen werden. Abschließend muss erwähnt werden, dass röntgenologische Studien zur Bewertung regenerativer Verfahren nur als Teilaspekt gewertet werden können. Als Beweis für eine echte Regeneration im Sinne einer Neuformation von Zement, parodontalem Ligament und Knochen sollten röntgenologische Auswertungen mit klinischen Ergebnissen und histologischen Untersuchungen kombiniert werden.The aim of this study was to compare two different regenerative treatment techniques, namely a combination of Emdogain® and Straumann BoneCeramic® (EMD/SBC) versus Emdogain® alone (EMD), in one- and two-wall infraalveolar defects by means of pre and post surgical standardized radiographs in order to evaluate radiographically detectable defect fill. 68 patients were enrolled at five German clinical centres in a randomized controlled double blind study, 33 of which were treated using EMD and 35 using EMD/SBC. The radiographs were obtained prior to and 12 months after surgery, were then digitalized using a flatbed scanner and analyzed using the computer program SIDEXIS®. To avoid any bias as to the evaluation of the parameters the examiner had been calibrated to the principal investigator prior to evaluating the study radiographs using 20 standardized radiographs of a study unrelated to this one. The following radiographic distances were measured: cemento enamel junction/restoration margin (CEJ/RM) to the bottom of defect (BD), CEJ/RM to alveolar crest (AC) as well as INFRA. INFRA is the distance between BD and a horizontal accessory line crossing the most coronal margin of alveolar bone crest (M3). Additionally, the defect angle (<M3-BD-CEJ/RM) was determined. Those defects being treated using EMD/SBC showed an average bone loss of 9.77 ± 3.19 mm prior to therapy and those being operated with EMD alone 10.07 ± 2.47 mm. Twelve months after therapy a bony defect fill of 13.9 % was identified for EMD alone and 18.1 % for the combination therapy. Related to the infraalveolar defect (INFRA) the combination therapy achieved a bony defect fill of 37 % (2.19 ± 2.21 mm) and the EMD group of 26 % (1.49 ± 1.89 mm). In comparison with the initial values the increase of the defect angle was statistically significant within each group, however, it was not when comparing the two groups. An independent statistical analysis of the results using Wilcoxon- and Mann-Whitney-U-tests demonstrated in both groups a statistically significant, if minor bony change of the alveolar crest as well as an increase of the defect angle which were identified as a sign for a bony defect fill. Furthermore, the influence of the specific variables on the bony fill was examined by multiple regression analysis which represented that the preoperative size of the infraalveolar defect (INFRA) has a statistically significant positive effect on the defect fill. A significant advantage of the combination therapy over the use of Emdogain® alone could not be demonstrated. To conclude, it has to be pointed out that radiographic studies and analyses can only be seen as a criterion for the evaluation of regenerative techniques in combination with clinical results and histological examinations to be evidence of a real regeneration as to new formation of cementum, periodontal ligament and alveolar bone

Kraftmessung an Kathetern - Sensorentwurf

Zusammenfassung: Diese Studienarbeit befasst sich mit dem Erarbeiten von Lösungsmöglichkeiten zur Konstruktion miniaturisierter Kraftsensoren, wie sie zum Beispiel bei der Kraftmessung an Kathetern der Minimal-Invasiven Chirurgie (MIC) Einsatz finden können. Damit gliedert sich diese Studienarbeit in das Forschungsgebiet von Dipl. Ing. Thorsten Kern ein, der die Kräfte an Assistenzsystemen für MIC skaliert darstellen wird. Es werden die Anforderungen an solche Sensoren identifiziert und Störgrößen, die im speziellen Anwendungsfall der Katheterisierung entstehen, abgeschätzt. Eine umfangreiche Sammlung von Wirkprinzipien zur Kraftmessung wurde als Grundlage für prinzipielle Sensoranordnungen erstellt. Es folgen Berechnungen und die Abschätzung von Störgrößen für jedes Wirkprinzip. Die Prinzipiensammlung ist auch für Aufgabenstellungen aus dem Bereich der Druck-, Auslenkungs- und Positionsmessung verwendbar. Auf der Grundlage der Wirkprinzipien erfolgt die Bewertung und Auswahl der Prinzipien. Die Ergebnisse werden in Prototypen der ausgewählten optischen Sensorprinzipien dargestellt. Die Konstruktionsgrundlagen werden aufgezeigt und die Materialauswahl erklärt. Die Arbeit endet mit dem Entwurf eines zur Vermessung des Sensors geeigneten Systems, welches dazu dient das optische Reflexions- und Transmissionsverhalten von Sensoren nahezu unabhängig von der Faserbiegung zu bestimmen

Überlastfester Silizium-Hochdrucksensor

Zusammenfassung: Inhalt dieser Arbeit ist die Simulation neuartiger piezoresistiver Hochdruckmesselemente mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die neuen Messelementtypen weisen, im Gegensatz zu den bisher bekannten piezoresistiven Messelementen, eine erhöhte Überlastfähigkeit auf. Ein Vorteil einer Variante Volumenmodell ist die kostengünstige Herstellung. Eine zweite Variante, das Schichtmodell, weist einen Aufbau auf, wie er von Druckmesselementen bekannt ist, sodass die Produktreihen von Sensorherstellern mit Hochdruckmesselementen der selben Technologie erweitert werden können. Der Messeffekt beruht auf der elastischen Verformung von Körpern unter Druckbelastung. Durch Verbinden unterschiedlicher Materialien entstehen beim Volumenkörpermodell unter Druckbelastung mechanische Spannungen, die aufgrund des piezoresistiven Effekts zu einer Änderung des elektrischen Widerstands der eindotierten Widerstandsgebiete auf der Oberfläche des Silizium-Chips führen. Die Widerstandsänderung ist proportional zum Belastungsdruck. Ein weiterer untersuchter Typ ist ein bekannter Messelementaufbau mit Biegeplatte, das Schichtmodell. Die Überlastfestigkeit wird durch allseitige hydrostatische Druckbelastung auch auf der inneren Seite der Biegeplatte gewährleistet. Mechanische Spannungen, die eine Widerstandsänderung bewirken, entstehen aufgrund unterschiedlicher elastischer Konstanten des Siliziums und der Passivierungsschichten an der Plattenoberseite. Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung des statischen Übertragungsverhaltens beider Messelementtypen. Hierzu werden die analytischen Grundlagen zur Beschreibung der mechanischen Spannungszustände ermittelt. Nach dem Festlegen der Randbedingungen für die Simulation werden für variierende geometrischen Abmessungen und Trägermaterialien FEM-Simulationen durchgeführt. Die hergeleiteten analytischen Beziehungen dienen dabei zur Erklärung der FEM-Simulationsergebnisse. Es werden Zusammenhänge zwischen den variierten Größen und den mechanischen Spannungen, dem Übertragungsfaktor und dem Linearitätsfehler abgeleitet. Für spezielle Messelemente werden quantitative Ergebnisse verglichen. Es zeigt sich, dass das Volumenmodell mit max. 0.2% einen kleineren Linearitätsfehler aufweist als das Schichtmodell. Der Übertragungsfaktor des Schichtmodells ist mit 0.1mV/bar etwa fünfmal so hoch wie der des Volumenkörpermodells. Beide Messelementtypen weisen einen Temperaturkoeffizienten der Offsetspannung von größer 0.1 mV/°C auf. Der Druckmessbereich ist nur für bestimmte Volumenkörpermesselemente nicht eingeschränkt. Der Übertragungsfaktor für diese Elemente beträgt 0.04mV/bar. Die meisten Vorteile bietet das Volumenkörpermodell, da es geringe Linearitätsfehler aufweist und aufgrund des einfachen Aufbaus kostengünstig zu fertigen ist. Für unterschiedliche Druckbereiche werden passende Vorzugsvarianten vorgestellt. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion der Ergebnisse. Hieraus werden Designvorschläge für Messelemententwürfe abgleitet