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Efficient Prediction of Laminar-Turbulent Transition in Hypersonic Flows Using Surrogate Modeling

Theiß, Alexander und Hein, Stefan und Wagner, Alexander und Hoffmann, Paul und Faustino, Ana Teresa (2025) Efficient Prediction of Laminar-Turbulent Transition in Hypersonic Flows Using Surrogate Modeling. In: 4th International Conference on High-Speed Vehicle Science and Technology HiSST 2025, Seiten 1-14. 4th International Conference on High-Speed Vehicle Science and Technology HiSST 2025, 2025-09-22 - 2025-09-26, Tours, Frankreich.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
2MB

Offizielle URL: https://www.3af-hisst2025.com/

Kurzfassung

Accurate prediction of laminar-turbulent transition is critical for hypersonic vehicle design. Yet established physics-based methods like Linear Stability Theory (LST) are computationally intensive and require significant expert intervention, hindering their use in automated design cycles. The development of surrogate models to overcome these limitations is particularly challenging for hypersonic boundary layers. For blunt-nosed vehicles, strong non-similar flow effects caused by the entropy layer render traditional, simplified profile parameterizations inadequate, complicating the surrogate modeling process. This paper presents a methodology for creating high-fidelity surrogate models by training them exclusively on a comprehensive database from laminar simulations of a 7° blunt cone, focusing on the dominant second Mack mode instability. Two surrogate modeling frameworks are employed and compared: a Radial Basis Function (RBF) interpolation model and an eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) machine learning framework. The performance of both models is validated against flight test data from the MF-1 experiment, demonstrating excellent agreement with the N-factor envelopes derived from direct LST. Furthermore, a quantitative assessment of computational performance reveals a key advantage of the surrogate approach. Both models provide predictions significantly faster than direct LST, with the XGBoost model being the computationally most performant.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213296/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Efficient Prediction of Laminar-Turbulent Transition in Hypersonic Flows Using Surrogate Modeling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Theiß, AlexanderAlexander.Theiss (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, StefanStefan.Hein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, AlexanderAlexander.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9700-1522NICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, PaulPaul.Hoffmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Faustino, Ana Teresaana.faustino (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Erschienen in:4th International Conference on High-Speed Vehicle Science and Technology HiSST 2025
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 1-14
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERT3AFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Name der Reihe:Proceedings online
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Linear stability theory, Mack second mode, Radial basis function surrogate model, hypersonic flow, XGBoost
Veranstaltungstitel:4th International Conference on High-Speed Vehicle Science and Technology HiSST 2025
Veranstaltungsort:Tours, Frankreich
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:22 September 2025
Veranstaltungsende:26 September 2025
Veranstalter :3AF
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, GO
Hinterlegt von: Theiß, Alexander
Hinterlegt am:10 Okt 2025 10:32
Letzte Änderung:18 Nov 2025 11:52

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