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Numerische Strömungsmechanik für Aerothermodynamik und Plasma

 

Die wissenschaftliche und technische Disziplin "Aerothermodynamik" ist multidisziplinär insofern als Aerodynamik und Thermodynamik zusammengefasst sind. Allerdings haben die jüngsten Technologiearbeiten für zukunftsorientierte Raumtransportsysteme gelehrt, dass Aerothermodynamik von Anfang an in einem noch größeren Kontext gesehen werden sollte.


Eine der Aktivitäten der Gravity-Assist Research Group basiert auf der numerischen Simulation der kompressiblen Strömungen, mit besonderem Schwerpunkt auf Hyperschall-Hochtemperatur-Gasgemische, die typisch für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sind.

In diesem Rahmen entwickelt SES physikalische Modelle zur Beschreibung des Verhaltens von Hochtemperatur-chemisch reagierenden Strömungen und numerische Strömungsmechanik (CFD) Simulationstools für die Simulation interner und externer Aerothermodynamik. Thermisches und chemisches Nichtgleichgewicht, Gas/Oberflächen-Wechselwirkungen, Strahlungsheizung und Wärmeübergang innerhalb des Materials, begrenzt durch die Strömung, kann für 2D, 2D-axialsymmetrischen und 3D-Konfigurationen simuliert werden.


Typische Anwendungen sind die Aerothermodynamik von Raumfahrzeugen beim atmosphärischen Eintritt und das Design und die Rekonstruktion der experimentellen Untersuchungen in Hochgeschwindigkeit und Hochenthalpie in Bodeneinrichtungen.

Bei den äußersten Hyperschallgeschwindigkeiten ist die aerodynamische Aufheizung des Wiedereintrittskörpers sehr stark und eine der zentralen Herausforderungen bei der Gestaltung derartiger Flugkörper ist beispielsweise das Design eines stumpfen Körpers für Hyperschallgeschwindigkeit.

Das Strömungsfeld über dem stumpfen Körper kann in Bild ersehen werden. Eine starke gekrümmte Bugstoßwelle sitzt vor der stumpfen Nase und ist von der Nase durch den Abstand δ getrennt, dem so genannten Stoßabstand. Die Gas-Temperaturen zwischen dem Stoß und dem Körper können so hoch sein wie 7000 K für eine ICBM und 11000 K für den Eintritt aus einer Mondmission.



Numerische Strömungsmechanik (CFD)

Numerische Strömungsmechanik für Aerothermodynamik und Plasma

Atmosphärische Eintritts-Problem- Analyse

Reaktions-Kontroll-System (RCS)-Analyse für Raketen und Wiedereintritts-Kapseln

Flugzeug-Aerodynamik

Wärmetechnik

Modellierung und numerische Simulation multiphysikalischer Probleme