Numerische Untersuchung von Transitionsmechanismen in hypersonischen Grenzschichten generischer Wiedereintrittsgeometrien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211043694

Das Gesamtziel des Teilprojektes ist die Identifikation der wesentlichen Einflüsse und Mechanismen, die unter Berücksichtigung von Störungen in der Anströmung und unterschiedlichen Typen von Rauhigkeitsverteilungen bei laminaren Grenzschichten auf der Vorderseite stumpfer Wiedereintrittsgeometrien zu einem turbulenten Strömungszustandführen. Zur Umsetzung dieses Ziels wird die in der ersten Förderperiode basierend auf den experimentellen Ergebnissen von TP2-BS und den Resultaten der direkten numerischen Simulationen aus TP1 durchgeführte Bestimmung der Störungen der Windkanalströmung des Hypersonic Ludwieg Tube Braunschweig (HLB) durch Verwendung von Staupunktsonden in ihrer Genauigkeit erhöht. Diese Maßnahme folgt konsequent aus den Ergebnissen der ersten Förderphase, die die ungünstigen Eigenschaften der Kegelsonde bei der modalen Zerlegung der Störungen der Windkanalströmung gezeigt haben. Die Daten der Störungen der Windkanalströmung in Verbindung mit neuen Transitionsdaten aus dem HLB können zur Verbesserung von Korrelationen des Zusammenhangs von Transitionslage und Störungen der Windkanalströmung verwendet werden. In den numerischen Untersuchungen in der zweiten Förderphase wird die Wechselwirkung der ermittelten Störungen der Windkanalströmung mit unterschiedlichen deterministischen Rauhigkeitsverteilungen auf der Kapselvorderseite analysiert. Da modales Wachstum bei den vorliegenden Reynoldszahlen nach den Ergebnissen des TP2-GÖ ausgeschlossen werden kann, steht der nicht modale Transient Growth Mechanismus bei der Entwicklung des Nachlaufs der Rauhigkeiten im Fokus der Untersuchungen. Somit ist zu analysieren, inwiefern Störungen der Windkanalströmung, die stabile Grenzschichtmoden unter gewissen Bedingungen resonant anregen, Transient Growth beeinflussen. Darauf aufbauend, wird der Einfluss der Geometrie der Rauhigkeitsverteilung untersucht. Zeigt der Transient Growth Mechanismus bei unterschiedlichendeterministischen Rauhigkeitsverteilungen identische Wechselwirkung mit Störungen der Windkanalströmung, können in zukünftigen numerischen und experimentellen Untersuchungen realistische stochastische Rauhigkeitsverteilungen durch leicht parametrisierbare deterministische Rauhigkeitsverteilungen ersetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Meinke