Numerische Untersuchung von reagierenden Hyperschallströmungen um sphärisch abgestumpfte Kegel

Abstract

In Experimenten wurden Kapseln für Wiedereintrittsmissionen mit sphärisch abgestumpften Kegelgeometrien in relaxierender Hyperschallströmung untersucht. Von Interesse ist dabei, wie sich Form und Lage der sich vor der Kapsel ausbildenden Stoßwelle in Abhängigkeit von der Stumpfheit der Kapsel ändern. Mit größer werdendem Kegelwinkel wechselt die Form von einer gekrümmten Stoßfront mit lokal begrenztem schiefem Verdichtungsstoß in eine kontinuierlich gekrümmte Kopfwelle. In dieser Arbeit wurden die Experimente in zweidimensionalen, achsensymmetrischen und stationären Strömungssimulationen mit Beachtung von Realgaseffekten nachgebildet. Die Parametrisierung wurde mittels Vergleichen von Stoßabstand und Widerstandsbeiwert validiert. Die Kapselgeometrien, bei denen sich die Stoßwellenform ändert, sollten eingegrenzt werden. Hierfür wurde in der Numerik der Kegelwinkel in feineren Schritten als im Experiment variiert.