A Thin-layer Wavier-Stokes equations are applied for the hypersonic flow over blunt bodies with applications to laminar as well as turbulent flows. The equations are expressed in the forms of flux-vector splitting and explicit algorithm. The upwind schemes of Steger-Warming and Van Leer are investigated to predict accurately the heating loads along the surface of the body. A mixed scheme has been presented for the differencing the convective terms and the mixed scheme is found to be less dissipative producing accurate solutions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제11권3호
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pp.193-200
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2010
Through experimental investigations utilizing hypersonic shock tunnel-coaxial thermocouples as well as blow down hypersonic wind tunnel-temperature sensitive paints, the heat flux and the temperature over a protuberance were measured and analyzed. The experimental data were subsequently compared to heat flux data that was obtained by using blow down hypersonic wind tunnel and heat flux gauges. According to the comparison, both sets of data illustrated correlation with one another. The measured heat flux was large when the height of the protuberance was large. Experimental results show that heat flux measurements taken at higher locations were greater than those taken at lower locations. For high protuberances, a severe jump in the heat flux was observed, ranging in values within 0.6-0.7 of the height of the protuberances. However, when the protuberance was sufficiently short, a rise in the heat flux was rarely observed as the protuberance was totally submerged under the separation region.
Matching inviscid and boundary layer methods are developed for hypersonic flow with thick boundray layer. The new equations match all the boundary layer properties with a variation in the inviscid solution near the edge, except for the normal velocity. Computational comparison are performed for incompressible and compressible flows over a flat plate. Results from the present method are compared with Navier-Stokes solutions. The present results are in good agreement with Navier-Stokes solutions. They show that the new technique can provide improved heating rates and skin friction predictions for preliminary design of vehicles where shear layers and entropy layer swallowing are important.
The Characteristic Flux Difference Splitting (CFDS) scheme designed to adapt the characteristic boundary conditions at the wall and inflow/outflow boundary planes satisfies Roe's property U, although the CFDS Jacobian matrix is decomposed by a product of elaborate transformation matrices and explicit eigenvalue matrix. When the CFDS algorithm, thus a variant of Roe's scheme, is applied straightforwardly to hypersonic flows over a blunt body, the strong bow shock gradually breaks down near the stagnation point. This numerical instability is widely observed by many researchers employing flux-difference method, known in the literature as the carbuncle phenomenon. Many remedies have been proposed and resulted in partial cures. When the idea of Sanders et al. which identifies the minimum eigenvalues near the discontinuity present is applied to CFDS method, it is shown that the instability problem can be controlled successfully. A few flux splitting methods have also been tested and results are compared against the Nakamori's Mach 8 blunt body flow.
Ivanovich, Khlopkov Yuri;Myint, Zay Yar Myo;Yurievich, Khlopkov Anton
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제14권3호
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pp.215-221
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2013
The basic quantitative tool for the study of hypersonic rarefied flows is the direct simulation Monte Carlo method (DSMC). The DSMC method requires a large amount of computer memory and performance and is unreasonably expensive at the first stage of spacecraft design and trajectory analysis. A possible solution to this problem is approximate engineering methods. However, the Monte Carlo method remains the most reliable approach to compare to the engineering methods that provide good results for the global aerodynamic coefficients of various geometry designs. This paper presents the calculation results of aerodynamic characteristics for spacecraft vehicles in the free molecular, the transitional and the continuum regimes using the local engineering method. Results and methods would be useful to calculate aerodynamics for new-generation hypersonic vehicle designs.
임펄스식 극초음속 충격파 풍동과 동축열전대, 불어내기식 극초음속 풍동과 온도감응페인트(TSP)를 이용하여 돌출물 전면 및 주위에서의 온도 및 열유속 계측 실험을 수행하였다. 측정된 실험 결과를 기 수행된 불어내기식 풍동과 열유속 게이지를 이용한 열유속 측정 결과와 비교하였다. 각각의 세 가지 기법의 결과가 서로 잘 일치함을 확인하였으며, 실험 결과로부터 돌출물 전면에서의 열전달 특성을 보다 명확하게 관찰할 수 있었다. 측정된 열유속 데이터로부터 공력가열 현상은 돌출물 전면 상부에서 크게 발생하며 돌출물의 크기가 작을수록 매우 미비해짐을 관찰할 수 있다. 돌출물의 크기가 큰 경우, 돌출물 높이 0.6~0.7 지점부터 열유속이 크게 증가한 반면, 돌출물의 높이가 충분히 작은 경우는 돌출물 자체가 전방의 박리 영역에 완전히 잠기면서 열유속이 크게 증가하는 지점이 관찰되지 않았다.
희박상태나 극소장치에 관련된 기체운동을 해석하는 문제가 최근 중요한 연구주제로 부각되고 있다. 잘 알려진 DSMC와 더불어 모우멘트 기법, Chapman-Enskog 기법으로 분류되는 고차 비평형 유동 해석모델들이 이 문제에 적용되어 왔다. 본 연구에서는 Eu의 일반유체역학을 근간으로 이원자 기체에 관한 고차 해석모델을 개발하고자 한다. 회전 비평형 효과는 기체의 용적 점성계수에 관한 초과 수직응력을 고려하여 감안하였다. 개발된 계산모델을 일차원 충격파 내부구조와 단순 형상 외부의 희박 극초음속 유동장 해석에 적용하였다. 충격파 내부구조 및 전단유동 해석을 통해 회전 비평형에 의한 용적 점성계수 효과가 중요함을 확인하였다. 충격파 내부구조에 관한 이론적 예측이 실험과 잘 일치함도 확인하였다.
Rectangular-to-Ellipse Shape Transition (REST) inlets are a class of inward turning inlets designed for hypersonic flight. The aerodynamic design of REST inlets involves very complex flows and shock-wave patterns. These inlets are used in highly integrated propulsive systems. Often the design of these inlets may require many geometrical constraints at different cross-section. In present work a design approach for hypersonic inward-turning inlets, adapted for REST inlets, is coupled with a multi-objective optimization procedure. The automated procedure iterates on the parametric representation and on the numerical solution of a base flow from which the REST inlet is generated by using streamline tracing and shape transition algorithms. The typical design problem of optimizing the total pressure recovery and mass flow capture of the inlet is solved by the proposed procedure. The accuracy of the optimal solutions found is discussed and the performances of the designed REST inlets are investigated by means of fully 3-D Euler and 3-D RANS analyses.
The interaction between the hypersonic free stream and the side jet flow at high altitudes is investigated by direct simulation Monte Carlo(DSMC) method. Since there is a great difference in density between the free stream and the side jet flow, the weighting factor technique which could control the number of simulation particles, is applied to calculate these two flows simultaneously. Chemical reactions are not considered in the calculation. For validation, the corner flow passing between a pair of plates that are perpendicularly attached is solved. The side jet flow is then injected into this comer flow and solution is found for the merged flow. Results are compared with the experiments. For a more realistic rocket model, the flow past a blunted cone cylinder shape is solved. The leeward or windward jet injection is merged with this flow. The effect on the rocket surface is observed at various flow angles. The lambda effect and the wake structure are found like low attitudes. High interaction between the free stream and the side jet flow is observed when the side jet is injected in the windward direction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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