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Numerical Study of Supersonic Exhaust Jet Flow Patterns

Serrato, Juan und Abanteriba, Sylvester und Hardi, Justin und Stark, Ralf und van Schyndel, Jan und Esch, Thomas (2025) Numerical Study of Supersonic Exhaust Jet Flow Patterns. In: 35th International Symposium on Shock Waves (ISSW35). 35th International Symposium on Shock Waves (ISSW35), 2025-07-05 - 2025-07-14, Brisbane, Australien.

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762kB

Kurzfassung

Traditional literature describes the fully adapted exhaust jet as the state where the flow is undisturbed and free of shocks or expansion fans. However, these definitions are contradicted by the observation that the separated flow in the nozzle always expands into an underpressure region. A cold flow test of a planar TIC nozzle conducted at the German Aerospace Centre (DLR) test facility P6.2 in Lampoldshausen showed that an oblique recompression shock wave forms at the nozzle's exit, preceded upstream by an expansion fan that further expands the flow at any full-flowing nozzle pressure ratio (NPR). The expansion fan-shock system grows larger as NPR increases. Similarly, the study did not identify shock-free exhaust jet NPR. The flow pattern was visualized using a classical b/w Schlieren system in Z-configuration across NPRs ranging from 5 to 35. The Schlieren images were validated through a CFD study employing RANS turbulence models. The CFD results showed good agreement with the Schlieren images regarding shock angle and symmetry but consistently overestimated shock intersection length at NPRs 10–17 and underestimated it at NPRs 20–35. The study highlights that there is no ideal expansion flow in practical rocket nozzle designs and underscores the inherent limitations of truncated nozzle geometries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218853/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Numerical Study of Supersonic Exhaust Jet Flow Patterns
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Serrato, JuanRMIT UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Abanteriba, SylvesterRMIT UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
Stark, RalfRalf.Stark (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1923-1901NICHT SPEZIFIZIERT
van Schyndel, JanJan.vanSchyndel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4190-0377196794716
Esch, ThomasThomas.Esch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5868-9045NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:35th International Symposium on Shock Waves (ISSW35)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Rocket Nozzle Flow, Schock waves, Supersonic flow pattern, TIC nozzle
Veranstaltungstitel:35th International Symposium on Shock Waves (ISSW35)
Veranstaltungsort:Brisbane, Australien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:5 Juli 2025
Veranstaltungsende:14 Juli 2025
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: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebstechnologie
Hinterlegt von: Stark, Dr.-Ing. Ralf
Hinterlegt am:13 Nov 2025 07:59
Letzte Änderung:13 Nov 2025 07:59

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