Hochgeschwindigkeitsaerodynamik
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Stemmer
Forschungsschwerpunkt:
Im Fokus der Arbeiten der Hochgeschwindigkeitsaerodynamikgruppe stehen die Untersuchungen zum laminar-turbulenten Strömungsumschlag in hypersonischen Grenzschichten. Für Machzahlen weit über 10 und in Höhen von ca. 60 bis zu 40 km wandert die Umschlagszone von laminarer zu turbulenter Strömung von hinten nach vorne auf den Wiedereintrittskörpern. In geringeren Flughöhen nimmt die Dichte und damit die Reynoldszahl weiter zu, so dass hier von einer vollständig turbulenten Strömung bei geringeren Machzahlen ausgegangen werden kann. Die große Reibung bei den Geschwindigkeiten von mehreren Kilometeren pro Sekunde führen zu sehr großen Temperaturen innerhalb der Grenzschicht, die zur Dissoziation der Luft führen. Damit ändern sich die thermodynamischen Eigenschaften der Strömung und die Temperatur und der Wandwärmeübergang in großem Maße. Es kann zu lokalen starken Aufheizungen der Wand im Bereich des Strömungsumschlags kommen, was zu einer erhöhten Ablation führen kann. Dies ist unter Umständen ein selbstverstärkender Effekt durch die zunehmende Oberflächenrauigkeit.
Mit Hilfe der Linearen Stabilitätstheorie (LST) und der Direkten Numerischen Simulation (DNS) auf HPC-Systemen werden Strömungsinstabilitäten und deren Anfachung in hypersonischen Grenzschichten untersucht. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf generischen Kapselgeometrien mit und ohne Rauigkeiten. Die Anregung und Ausbreitung von Störungen in der Grenzschicht unter chemischen und/oder thermischen Nichtgeichgewichtsbedingungen werden detailliert untersucht.
Mit Hilfe der Direct Simulation Monte Carlo-Methode (DSMC), die auf der kinetischen Gastheorie beruht, werden Untersuchungen zu Abläufen in verdünnten Strömungen oberhalb von 65km durchgeführt. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf der Interaktion mit ablierenden Oberflächen. Dazu wird der SPARTA code der Sandia Natl. Labs verwendet, der konitnuierlich für die komplexen Fragestellungen erweitert wird.
