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Numerical Analysis of Re-entry Configuration Aerodynamics in the Near Continuum Rarefied Flow Regimes

Hannemann, Klaus und Hepp, Christian und Grabe, Martin und Hannemann, Volker (2019) Numerical Analysis of Re-entry Configuration Aerodynamics in the Near Continuum Rarefied Flow Regimes. In: Proceedings of the 32nd International Symposium on Shock Waves (ISSW32 2019), Seiten 1591-1601. Research Publishing Singapore. 32nd International Symposium on Shock Waves, 14.-19. Juli 2019, Singapore. doi: 10.3850/978-981-11-2730-4_0306-cd. ISBN 978-981-11-2730-4.

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Offizielle URL: http://rpsonline.com.sg/rps2prod/ISSW32/e-proceedings/html/0306.xml

Kurzfassung

Mature numerical flow solvers based on continuum (Navier-Stokes) and gas-kinetic (Direct Simulation Monte Carlo, DSMC) models are used to study the aerodynamics of a slender re-entry configuration at constant angle of attack with the aim to characterize the practical usability of these approaches in slightly rarefied hypersonic flow. Comparing to recent measurements in the 2nd test section of the continuously operating Hypersonic Vacuum Wind Tunnels Göttingen (V2G) of the German Aerospace Center (DLR), we find that DSMC reproduces the aerodynamic efficiency (ratio of lift to drag) well in the investigated range of free-stream Knudsen numbers 7.2 10−4 < Kn < 7.2 10−3, while the corresponding solutions obtained with the Navier-Stokes solver are systematically too low. Further analysis shows that the continuum method predicts a leeward density that is too high, ultimately leading to an apparent reduction in both lift and drag. Slip boundary conditions are not able to account for this numerical effect. While DSMC must be expected to yield correct aerodynamic coefficients for all degrees of rarefaction, the requirement to resolve kinetic length and time scales makes its computational cost grow quickly as the Knudsen number decreases. We demonstrate that a novel hybrid all-particle approach, combining a kinetic Fokker-Planck algorithm with DSMC, can reduce the required computational effort for low Knudsen numbers while maintaining DSMC-like accuracy, which makes it a promising numerical tool for aerodynamic design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/130040/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:proceedings unter : http://rpsonline.com.sg/rps2prod/ISSW32/e-proceedings/index.html (ISBN: 978-981-11-2730-4)
Titel:Numerical Analysis of Re-entry Configuration Aerodynamics in the Near Continuum Rarefied Flow Regimes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hannemann, KlausKlaus.Hannemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hepp, ChristianChristian.Hepp (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grabe, MartinMartin.Grabe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734NICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, VolkerVolker.Hannemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Juli 2019
Erschienen in:Proceedings of the 32nd International Symposium on Shock Waves (ISSW32 2019)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.3850/978-981-11-2730-4_0306-cd
Seitenbereich:Seiten 1591-1601
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Khoo, Boo CheongNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Teo, Chiang JuayNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, Jiun-MingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Research Publishing Singapore
Name der Reihe:Proceedings of the 32nd International Symposium on Shock Waves (ISSW32 2019)
ISBN:978-981-11-2730-4
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Numerical Simulation, DSMC, Rarefied Flows, Re-entry Configuration
Veranstaltungstitel:32nd International Symposium on Shock Waves
Veranstaltungsort:Singapore
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:14.-19. Juli 2019
Veranstalter :National University of Singapore
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Hannemann, Prof. Dr. Klaus
Hinterlegt am:11 Nov 2019 13:43
Letzte Änderung:29 Mär 2023 00:43

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