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Towards Impedance Characterization of Carbon-Carbon Ultrasonically Absorptive Coatings via the Inverse Helmholtz Problem

Patel, Danish und Gupta, Prateek und Scalo, Carlo und Rothermel, Thomas und Kuhn, Markus (2017) Towards Impedance Characterization of Carbon-Carbon Ultrasonically Absorptive Coatings via the Inverse Helmholtz Problem. 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech Forum, 2017-01-09 - 2017-01-13, Grapevine, USA. doi: 10.2514/6.2017-0460.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.2514/6.2017-0460

Kurzfassung

We present a numerical method to determine the complex acoustic impedance at the open surface of an arbitrarily shaped cavity, associated to an impinging planar acoustic wave with a given wavenumber vector and frequency. We have achieved this by developing the first inverse Helmholtz Solver (iHS), which implicitly reconstructs the complex acoustic waveform - at a given frequency - up to the unknown impedance boundary, hereby providing the spatial distribution of impedance as a result of the calculation for that given frequency. We show that the algebraic closure conditions required by the inverse Helmholtz Problem are physically related to the assignment of the spatial distribution of the pressure phase over the unknown impedance boundary. The iHS is embarassingly parallelizable over the frequency domain allowing for the straightforward determination of the full broadband impedance at every point of the target boundary. In this paper, we restrict our Analysis to two-dimensions only. We first validate our results against Rott's quasi one-dimensional thermoacoustic theory for viscid and inviscid constant-area rectangular ducts, test our iHS in a fully unstructured fashion with a geometrically complex cavity, and finally, present a simplified, two-dimensional Analysis of a sample of carbon-carbon ultrasonically absorptive coatings (C/C UACs) manufactured in DLR-Stuttgart, and used in the hypersonic transition delay experiments by Wagner et al. in AIAA 2012-5865. The final goal is to model C/C UACs with multi-oscillator Time Domain Impedance Boundary Conditions (TDIBC) developed by Lin et al. in JFM (2016) to be applied in direct numerical simulations (DNS) focused on the overlying boundary layer, eliminating the need to simultaneously resolve the microscopic porous structure of the C/C UACs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/119461/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:AIAA 2017-0460
Titel:Towards Impedance Characterization of Carbon-Carbon Ultrasonically Absorptive Coatings via the Inverse Helmholtz Problem
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Patel, DanishPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gupta, PrateekPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scalo, CarloPurdue UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rothermel, ThomasThomas.Rothermel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuhn, MarkusMarkus.Kuhn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0633-2327NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 Januar 2017
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2017-0460
Seitenbereich:Seiten 1-14
Status:veröffentlicht
Stichwörter:ACOUSTIC DAMPING, BOUNDARY LAYER TRANSITION DELAY, CARBON/CARBON, CERAMIC COATING, HYPERSONIC FLOW, INVERSE HELMHOLTZ PROBLEM, ULTRASONICALLY ABSORPTIVE COATING (UAC)
Veranstaltungstitel:55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech Forum
Veranstaltungsort:Grapevine, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:9 Januar 2017
Veranstaltungsende:13 Januar 2017
Veranstalter :AIAA
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Raumfahrzeugsysteme - Konzepte und Entwurf (alt), R - Raumfahrzeugsysteme - Numerische Verfahren und Simulation (alt), L - Militärische Technologien (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Raumfahrt - System - Integration
Hinterlegt von: Kuhn, Markus
Hinterlegt am:14 Jun 2018 15:41
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:23

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