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Numerical Investigation of Roughness Effects on Transition on Spherical Capsules

Hein, Stefan und Theiß, Alexander und Di Giovanni, Antonio und Stemmer, Christian und Schilden, Thomas und Schröder, Wolfgang und Paredes, Pedro und Choudhari, Meelan M. und Li, Fei und Reshotko, Eli (2018) Numerical Investigation of Roughness Effects on Transition on Spherical Capsules. In: AIAA SciTech Forum - 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, 210059. AIAA. AIAA Scitech 2018, 2018-01-08 - 2018-01-12, Kissimmee, Florida, USA. doi: 10.2514/6.2018-0058. ISBN 978-162410524-1.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2018-0058

Kurzfassung

The state of the boundary layer on space reentry vehicles significantly affects the design of the thermal protection system. However, the physical mechanism that leads to the laminar-turbulent boundary-layer transition on blunt spherical capsules remains an open question in literature. This work numerically assesses the potential of roughness-induced nonmodal disturbance growth on reentry capsules with a spherical-section forebody by optimal transient-growth theory and direct numerical simulation. Two different sets of wind-tunnel experiments are considered. Optimal transient-growth studies have been performed for the blunt capsule experiments at Mach 5.9 in the Hypersonic Ludwieg tube Braunschweig (HLB) of the Technische Universität Braunschweig. In some of these measurements, the capsule model was equipped with a specifically designed patch of distributed micron-sized surface roughness. The transient-growth results for the HLB capsule are compared to corresponding numerical data for a Mach 6 blunt capsule experiment in the Adjustable Contour Expansion (ACE) facility of the Texas A&M University (TAMU) at lower Reynolds number. Similar trends are observed for both configurations. In particular, a rather low maximum energy gain is noted for the surface temperature conditions of the experiments. The surface temperature dependence of the optimal transient-growth results is very similar for both capsule configurations. Moreover, the generation of stationary disturbances by well-defined roughness patches on the capsule surface is studied for the conditions of the HLB experiment by using direct numerical simulations (DNS). To help explain the observed laminar-turbulent transition downstream of the roughness patch in some of the HLB capsule experiments, additional simulations were carried out to study the evolution of unsteady perturbations within the steady disturbance flow field due to the roughness patch. However, the DNS did not provide any indication of modal or nonmodal disturbance growth in the wake of the roughness patch; and hence, the physical mechanism underlying the observed onset of transition remains unknown.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/119305/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Numerical Investigation of Roughness Effects on Transition on Spherical Capsules
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hein, StefanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Theiß, AlexanderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Di Giovanni, AntonioTU MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stemmer, ChristianTU MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schilden, ThomasRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, WolfgangRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Paredes, PedroNASA Langley Research CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choudhari, Meelan M.NASA Langley Research CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, FeiNASA Langley Research CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reshotko, EliCase Western Reserve UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2018
Erschienen in:AIAA SciTech Forum - 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:210059
DOI:10.2514/6.2018-0058
Verlag:AIAA
Name der Reihe:AIAA 2018-0058
ISBN:978-162410524-1
Status:veröffentlicht
Stichwörter:laminar-turbulent transition, blunt re-entry capsule, surface roughness, transient growth, direct numerical simulation (DNS)
Veranstaltungstitel:AIAA Scitech 2018
Veranstaltungsort:Kissimmee, Florida, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:8 Januar 2018
Veranstaltungsende:12 Januar 2018
Veranstalter :AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Simulation und Validierung (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, GO
Hinterlegt von: Hein, Dr.-Ing. Stefan
Hinterlegt am:22 Mär 2018 14:36
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:23

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