In this study, unsteady aerodynamic analyses of a wedge-type airfoil based on nonlinear piston theory and Euler equations have been performed in supersonic and hypersonic flows. The third-order nonlinear piston theory (NPT) to calculate unsteady lift and moment coefficients is derived and applied in the time-domain. Also, unsteady flow quantities are obtained from the two-dimensional time-dependent Euler equations. For the CFD based unsteady aerodynamic analyses, an arbitrary Lagrangean-Eulerian (ALE) formulation for the Euler equations is used to calculate flow fluxes in the computational flow field with moving boundaries. Numerical comparisons for unsteady lift and moment coefficients are presented between NPT and Euler approaches. The results show very good agreements in the high supersonic and hypersonic flows. It means that the present NPT can be efficiently used to predict unsteady aerodynamic forces ol wedge type airfoils with dynamic motions in the high supersonic and hypersonic flow regimes.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제2권1호
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pp.12-17
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2015
Aero-optical effects induced by the flow around the optical window degrade the performance of the IR seeker, especially for the hypersonic flow. For the thermochemical non-equilibrium flow, index of refraction model and optical transmission calculation method are developed to predict the aero-optical effects. The optical distortion is discussed for the typical optical widow shape and flow condition. The influence on aero-optical effects is analyzed.
A robust Navier-Stokes code has been developed to efficiently predict hypersonic flows in chemical nonequilibrium. The HLLE+ flux discretization scheme is used to improve accuracy and robustness of hypersonic flow analysis. An efficient LU approximate factorization method is also used to solve the flow equations and species continuity equations in fully coupled fashion to implicitly treat stiff source terms of chemical reactions. The HLLE+ scheme shows lower grid dependency for the wall heating rates than other schemes. The developed code has been used to compute chemical nonequilibrium air flow through expanding hypersonic nozzle and past two and three dimensional blunt-nosed bodies. The results are in good agreement with existing numerical and experimental results.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권2호
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pp.149-156
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2016
The hypersonic flow on the stagnation streamline of a blunt body is analyzed with quasi one-dimensional (1-D) Navier-Stokes equations approximated by adopting the local similarity to the two-dimensional (2-D)/axisymmetric Navier-Stokes equations. The governing equations are solved using the implicit finite volume method. The computational domain is confined from the stagnation point to the shock wave, and the shock fitting method is used to find the shock position. We propose a boundary condition at the shock, which employs the shock wave angle in the vicinity of the stagnation streamline using the shock shape correlation. As a result of numerical computation conducted for the hypersonic flow over a sphere, the proposed boundary condition is shown to improve the accuracy of the prediction of the shock standoff distance. The quasi 1-D Navier-Stokes code is efficient in computing time and is reliable for the flow analysis along the stagnation streamline and the prediction of heat flux at the stagnation point in the hypersonic blunt body flow.
This paper discribes the viscous interaction of Hypersonic Wedge Flows using Roe FDS and AUSM+. For this purpose we developed the frozen and the equilibrium code and numerically simulated the viscous interaction by changing the surface temperature and the mach number. We used curve fitting data in NASA Reference Publication 1181, 1260 to calculate equilibrium properties. We compare the equilibrium flow with the frozen flow. We conclude that the mach number and the surface temperature are significant parameters, as the surface temperature and the mach number increase the viscous interaction becomes stronger, and we must consider high-temperature effects in hypersonic flow
This paper provides a general overview of surface catalytic recombination in hypersonic flow. The surface catalytic recombination phenomena is elaborated in terms of its general overview and numerical modeling associated with it. The general overview of the surface catalytic recombination phenomena describes the elementary surface reactions for the surface catalytic and the role of the surface catalytic recombination efficiency in the heat transfer determination. In the numerical modeling, the surface catalytic recombination is described based on the stagnation-point boundary layer analysis, and finite-rate surface reaction modeling. Throughout this overview manuscript, a general understanding of this phenomena is obtained and can be used as foundation for deeper application with the numerical computational fluid dynamics (CFD) flow solver to estimate the surface heat transfer in the hypersonic vehicles.
The purpose of this paper is to examine the aerodynamic characteristics of three hypersonic configurations including pure liftbody configuration, pure waverider configuration and liftbody integrated with waverider configuration. Hypersonic forbodies were designed based on these configurations. For the purpose to integrate with ramjet or scramjet, all the forebodies were designed integrated with hypersonic inlet. To better understand the forebody performance, three dimensional flow field calculation of these hypersonic forebodies integrated with hypersonic inlet were conducted in the design and off design conditions. The computational results show that waverider offer an aerodynamic performance advantage in the terms of higher lift-drag ratios over the other two configurations. Liftbody offer good aerodynamic performance in subsonic region. The aerodynamic performance of the liftbody integrated with waverider configuration is not comparable to that of pure waverider in the terms of lift-drag ratios and is not comparable to that of pure liftbody in subsonic. But the liftbody integrated with waverider configuration exhibit good lateral-directional and longitudinal-directional stability characteristics. Both pure waverider and liftbody integrated with waverider configuration can provide relatively uniform flow for the inlet and offer good aerodynamic characteristics in the terms of recovery coefficient of total pressure and uniformity coefficient.
본 연구에서는 극초음속 추진기관을 위한 시험설비의 장치인 초음속 디퓨저 설계하였고, 두 가지 수축비를 변수로 선정하여 각각의 디퓨저를 수치해석 및 상온 시험을 진행하였다. 수치해석을 통하여 각각의 마하수와 압력에 대한 내부 유동을 확인하였다. 상온 시험을 통하여 진공챔버에 형성되는 압력과 벽면 압력을 통하여 내부에 형성되는 압력을 확인할 수 있었다. 상온 시험과 수치해석의 차이점을 분석하고, 향후 극초음속 추진기관을 위한 시험설비를 구축할 기초자료를 확보하였다.
In this paper we present numerical methods fur computations of nonequilibrium hypersonic flow of air around bodies including chemical reaction effects and present numerical result of the flow over concave corners. We developed implicit finite difference method to overcome numerical difficulties with the lack of resolution behind the shock and near the body. Using our method we were able to find details of the flow properties near the shock and body and were able to continue the computation of the flow for a long distance from the corner of the body.
A Direct simulation Monte-Carlo (DSMC) code is developed, which employs the Monte-Carlo statistical sampling technique to investigate hypersonic rarefied gas flows accompanying chemical reactions. The DSMC method is a numerical simulation technique for analyzing the Boltzmann equation by modeling a real gas flow using a representative set of molecules. Due to the limitations in computational requirements. the present method is applied to a flow around a simple two-dimensional object in exit velocity of 7.6 km/sec at an altitude of 90 km. For the calculation of chemical reactions an air model with five species (O₂, N₂, O, N, NO) and 19 chemical reactions is employed. The simulated result showed various rarefaction effects in the hypersonic flow with chemical reactions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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