Untersuchung der Grenzschichttransition unter chemischen und thermischen Nichtgleichgewichtsbedingungen an einer generischen Kapselkonfiguration mit glatter und rauer Oberfläche.

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Stemmer
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248982821

Im vorliegenden Forschungsvorhaben werden direkte numerische Simulationen zur Untersuchung der laminarturbulenten Grenzschichttransition in Hochenthalpieströmungen unter Berücksichtigung von chemischem Gleichgewicht und Nichtgleichgewichtsbedingungen herangezogen. Anhand einer generischen Kapselgeometrie für rückkehrfähige Raumtransportsysteme (wie z.B. APOLLO, ORION) werden Simulationen unter Berücksichtigungen von Hochtemperatureffekten durchgeführt, die den Einfluß der hohen Temperaturen durch Dissoziation und chemische Nichtgleichgewichtseffekte auf die Anfachung instabiler Grenzschichtstörungen hin zu nichtlinearen Amplituden untersuchen sollen. Dabei liegt der Hauptaugenmerk auf Strömungen über verteilte und deterministische Rauigkeiten an der Kapseloberfläche und deren Rolle bei der laminar-turbulenten Transition unter Nichtgleichgewichtsbedingungen, wie sie im Falle des atmosphärische Wiedereintritts vorkommen. Damit ergänzen die vorgeschlagenen Arbeiten die anderen teilnehmenden Projekte im PAK 742, da diese ausschließlich Idealgasbedingungen (Windkanalbedingungen, HLB) untersuchen. Die Störungsanfachung durch transient growth wie auch die Sekundärinstabilität der Einzelrauigkeitsnachläufe sollen im vorliegenden Projekt untersucht werden. Sekundärinstabilitäten sind von lokalen Gradienten getrieben, die unter Nichtgleichgewichtsbedingungen stärker ausgeprägt sein können und infolgedessen zu einem schnelleren Umschlag führen können. Darüberhinaus werden in diesem Forschungsvorhaben Schritte hin zu einer Berücksichtigung des Störhintergrundes unter Windkanalbedingungen in der numerischen Simulation für einer besseren Vorhersagbarkeit von Transitionsexperimenten durchgeführt werden. Die Extrapolation auf Freiflugbedingungen unter Hochenthalpiebedingungen ist dabei von großem Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen