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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 (2019) Numerical Investigation of Roughness Effects on Transition on Spherical Capsules. Journal of Spacecraft and Rockets, 56 (2), Seiten 388-404. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.A34247. ISSN 0022-4650.

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Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.A34247

Kurzfassung

To address the hitherto unknown mechanism of boundary-layer transition on blunt reentry capsules, the role of roughness-induced disturbance growth on a spherical-section forebody is assessed via optimal transient growth theory and direct numerical simulations (DNS). 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, which included measurements behind a patch of controlled, distributed micron-sized surface roughness. Transient-growth results for the HLB capsule indicate similar trends as the corresponding numerical data for a Mach 6 experiment in the Actively Controlled Expansion (ACE) facility of the Texas A&M University (TAMU) at a lower Reynolds number. Both configurations indicate a similar dependence on surface temperature ratio, and more important, rather low values of maximum energy gain. DNS are performed for the conditions of the HLB experiment to understand the generation of stationary disturbances by the roughness patch and the accompanying evolution of unsteady perturbations. However, no evidence of either modal or nonmodal disturbance growth in the wake of the roughness patch is found in the DNS data; thus, the physical mechanism underlying the observed onset of transition still remains unknown.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/119306/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:ISSN: 0022-4650 (print) EISSN: 1533-6794 (online)
Titel:Numerical Investigation of Roughness Effects on Transition on Spherical Capsules
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hein, StefanStefan.Hein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Theiß, AlexanderAlexander.Theiss (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4034-3246NICHT 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:29 Januar 2019
Erschienen in:Journal of Spacecraft and Rockets
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:56
DOI:10.2514/1.A34247
Seitenbereich:Seiten 388-404
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIAANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0022-4650
Status:veröffentlicht
Stichwörter:laminar-turbulent transition, blunt re-entry capsule, surface roughness, transient growth, direct numerical simulation (DNS)
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:19 Feb 2019 15:13
Letzte Änderung:22 Nov 2023 07:26

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