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Numerical Investigation of Two Interacting Parallel Thruster-Plumes and Comparison to Experiment

Grabe, Martin und Holz, Andre und Dettleff, Georg und Ziegenhagen, Stefan und Hannemann, Klaus (2014) Numerical Investigation of Two Interacting Parallel Thruster-Plumes and Comparison to Experiment. 29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, 13. - 18. Juli 2014, Xi´an, China.

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Offizielle URL: http://www.rgd29.org/

Kurzfassung

Clusters of orbital thrusters are an attractive option to achieve graduated thrust levels and increased redundancy with available hardware, but the heavily under-expanded plumes of chemical attitude control thrusters placed in close proximity will interact, leading to a local amplification of downstream fluxes and of back-flow onto the spacecraft. As ground-based experimental investigation of most technically relevant hot plume interaction flow-fields is not feasible, a joint approach is necessary to understand and predict the non-linear effects of plume-plume interaction, involving model experiments to gain confidence in the results of numerical methods. The interaction of two similar, parallel, axisymmetric cold-gas model thrusters has recently been studied in the DLR High-Vacuum Plume Test Facility STG under space-like vacuum conditions, employing a Patterson-type impact pressure probe with slot orifice. In this paper, we reproduce a selection of these experiments numerically, using a 3D parallelised implementation of the DSMC method to compute the plume expansion and interaction, while the flow-field inside the nozzles is obtained by the DLR Navier-Stokes solver TAU. We emphasise that a comparison of numerical results to the measured data is not straight-forward. The signal of the probe used in the experiments must be interpreted according to the degree of rarefaction and local flow Mach number, and both vary dramatically thoughout the flow-field. We present a procedure to reconstruct the probe signal by post-processing the numerically obtained flow-field data and show that good agreement to the experimental results is then achieved. On the basis of the numerical results, the features of the investigated cold-gas thruster plume interaction and are discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/88793/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:Paper-Nr.: RGD29-2014_S8-05, the Proceedings of the 29th RGD will be assembled by the American Institut of Physics (AIP). The submitted papers will be reviewed and then tentatively scheduled to be published in November 2014.
Titel:Numerical Investigation of Two Interacting Parallel Thruster-Plumes and Comparison to Experiment
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Grabe, Martinmartin.grabe (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Holz, AndreAirbus D&SNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dettleff, GeorgDLR GöttingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziegenhagen, StefanAirbus D&SNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, KlausDLR GöttingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2014
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 1-8
Name der Reihe:Konference Proceedings (siehe zusätzliche Informationen)
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Plume Interaction, DSMC, Patterson-Probe
Veranstaltungstitel:29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
Veranstaltungsort:Xi´an, China
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:13. - 18. Juli 2014
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 - Raumfahrzeugsysteme - Anlagen u. Messtechnik (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:17 Sep 2014 09:46
Letzte Änderung:17 Sep 2014 09:46

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