Численное моделирование ударно-волнового взаимодействия с ламинарным пограничным слоем при гиперзвуковом обтекании моделей с изломом образующей


Просмотр статьи
PDF, 3,7 МБ

Numerical modeling of shock-wave interaction with a laminar boundary layer during hypersonic flow around models with a kink

A series of experimental data obtained at the Calspan-UB Research Center (CUBRC), and related numerical calculations performed by participants of the working group of testing computer codes, were used to validate the author's computer code PERAT-2D.
The problems of flowing by hypersonic flows of molecular nitrogen of a sharp and blunt cone with a kink are considered, as well as the problem of flowing around a hollow cylinder with a sharp edge and an expanding skirt.

hypersonic flow, the interaction of a shock wave with a boundary layer, validation of an author's computer code

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.892


Том 20, выпуск 4, 2019 год



Серия экспериментальных данных, полученных в Calspan-UB Research Center (CUBRC), и сопутствующих численных расчетов, выполненных участниками рабочей группы тестирования компьютерных кодов, использованы для валидации авторского компьютерного кода PERAT-2D.
Рассмотрены задачи обтекания острого и затупленного конуса с изломом образующей, а также задача обтекания полого цилиндра с острой кромкой и расширяющейся юбкой гиперзвуковыми потоками молекулярного азота.

гиперзвуковое обтекание, взаимодействие ударной волны с пограничным слоем, валидация авторского компьютерного кода

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.892


Том 20, выпуск 4, 2019 год



1. Holden M.S., Wadhams T.P., Harvey J.K., Candler G.V. Comparison between Measurements in Regions of Laminar Shock Wave Boundary Layer Interaction in Hypersonic Flows with Navier-Stokes and DSMC Solutions. RTO-TR-AVT-007-03.
2. Candler G.V., Nompelis I., Druguet M.-C., Holden M.S., Wadhams T.P., Boyd I.D. CFD Validation for Hypersonic Flight: Hypersonic Double-Cone Flow Simulation. AIAA 2002-0581. 14 p.
3. MacLean M., Holden M. Validation and Comparison of WIND and DPLR Results for Hypersonic, Laminar Problems. AIAA 2004-0529. 17 p.
4. Moss J.N., Olejniczak J. Shock-Wave/Boundary-Layer Interactions in Hypersonic Low Density Flows. AIAA 98-2668. 19 p.
5. Wright M.J., Sinha K., Olejniczak J., Candler G.V. Numerical and Experimental Investigation of Double-Cone Shock Interactions. AIAA Journal. 2000. Vol.38. No.12. pp. 2268-2276.
6. Harvey J.K., Holden M.S., Wadhams T.P. Code Validation Study of Laminar Shock/Boundary Layer and Shock/Shock Interactions in Hypersonic Flow. AIAA 2001-1031. 27 p.
7. Wang W.-L., Boyd I.D. Particle and Continuum Computations of Hypersonic Flow Over Sharp and Blunted Cones. AIAA 2001-2900. 12 p.
8. Kato H., Tannehill J.C. Computation of Hypersonic Laminar Separated Flows using an Iterated PNS Algorithm. AIAA 2001-1028. 16 p.
9. Candler G.V., Druguet M.-C. Navier-Stokes Predictions of Hypersonic Double-Cone and Cylinder-Flare Flow Fields. AIAA 2001-1024. 10 p.
10. Gnoffo P.A. CFD Validation Studies for Hypersonic Flow Prediction. AIAA 2001-1025. 13 p.
11. Roy C.J., Gallis M.A., Bartel T.J., Payne J.L. Navier-Stokes and DSMC Simulations for Hypersonic Laminar Shock-Shock Interaction Flows. AIAA 2002-0737. 16 p.
12. Harvey J.K., Holden M.S., Candler G.V. Validation of DSNC/Navier-Stokes Computations for Laminar Shock Wave/Boundary Layer Interactions in Hypersonic Flows. AIP Proceedings 2003. 663. pp.417-424.
13. Moss J.N., Bird G.A. DSMC Simulations of Hypersonic Flows With Shock Interactions and Validation With Experiments. 2004. AIAA 2004-2585. 13 p.
14. MacLean M., Candler G., Holden M. Numerical Evaluation of Flow Conditions in the LENS Reflected Shock-Tunnel Facilities. 2005. AIAA 2005-0903. 14 p.
15. Knight D. RTO WG 10: Test Cases for CFD Validation of Hypersonic Flight. RTO-TR-AVT-007-V3. 24 p.
16. MacLean M., Holden M., Wadhams T., Parker R. A computational Analysis of Thermochemical Studies in the LENA Facilities. 2007. AIAA 2007-0121. 16 p.
17. MacLean M., Mundy E., Wadhams T., Holden M., Johnson H., Candler G. Comparosons of Transition Prediction using PSE-Chem to Measurements for a Shock Tunnel Environment. 2007. AIAA 2007-4490. 18 p.
18. Shen Y., Zha G., Huerta M.A., Gables C. Simulation of Hypersonic Shock Wave/Boundary Layer Interaction Using High Order WENO Scheme. 2010. AIAA 2010-1047. 14 p.
19. Holden M., MacLean M., Wadhams T., Mundy E. Experimental Studies of Shock Wave/Turbulent Boundary Layer Interactions in High Reynolds Number Supersonic and Hypersonic Flows to Evaluate the Performance of CFD Codes. 2010. AIAA 2010-4468. 23 p.
20. Jing l., Hong X., Di W. Simulation and Experimental Validation of Hypersonic Shock Wave Interaction. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2013. 6(22) pp.4221-4224.
21. Hao J., Wang J., Lee C. Numerical Simulation of High-Enthalpy Double-Cone Flows. AIAA J. 2017. Vol.55. No.5. pp.2471-2475.
22. Walker S., Schmisseur J.D. CFD Validation of Shock-Shock Interaction Flow fields. 2002. AIAA 2002-0436. 22 p
23. Candler G.V., Nompelis I. CFD Validation for Hypersonic Flight: Real Gas Flows. AIAA 2002-0434. 2002. 9 p.
24. Knight D., Hong Y., Panaras A., Zheltovodov A. RTO WG 10: CFD Validation for Shock Wave Turbulent Boundary Layer Interactions. AIAA 2002-0437. 2002. 30 p.
25. Holden M., MacLean M., Wadhams T., Dufrene A. Measurements of Real Gas Effects on Regions of Laminar Shock Wave/Boundary Layer Interaction in Hypervelocity Flows for "Blind" Code Validation Studies. AIAA 2013-2837. 2013. 13 p.
26. Боровой В.Я., Егоров И.В., Мошаров В.Е., Скуратов А.С., Радченко В.Н. Экстремальный нагрев тел в гиперзвуковом потоке. М.: Наука.2018. 390 с.
27. Боровой В.Я., Скуратов А.С., Струминская И.В. О существовании «пороговой» величины притупления пластины при интерференции косого скачка уплотнения с пограничным и энтропийным слоями//Изв. РАН МЖГ. 2008. №3.С.41-52.
28. Боровой В.Я., Егоров И.В., Скуратов А.С., Струминская И.В. Ламинарный теплообмен острых и притупленных пластин в гиперзвуковом потоке воздуха//Изв. РАН МЖГ. 2005. №1. С.168-180.
29. Shang J.S., Surzhikov S.T. Magnetoaerodynamic Actuator for Hypersonic Flow Control// AIAA J. 2005. Vol. 43, No. 8. Pp. 1633-1643.
30. Shang J.S., Surzhikov S.T., Kimmel R., Gaitonde D., Menart J., Hayes J. Mechanisms of plasma actuators for hypersonic flow control// Progress in Aerospace Sciences. 2005. Vol. 41. pp.642–668
31. Surzhikov S.T. Theoretical and Computational Physics of Gas Discharge Phenomena. Walter de Gruyter GmbH, 2020. 549 p.
32. Menart J., Shang J. S., Kimmel R., and Hayes J. Effect of Magnetic Fields on Plasma Generated in a Mach 5 Wind Tunnel,” AIAA Paper 2003-4165, June 2003.
33. Shang J., Kimmel R., Menart J., Surzhikov S. Hypersonic Flow Control Using Surface Plasma Actuator//Journal of Propulsion and Power. Vol. 24, No. 5, p.923-934.
34. Surzhikov S.T. Surface electromagnetic actuator in rarefied hypersonic flow// IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 815 (2017) 012005 doi:10.1088/1742-6596/815/1/012005
35. Крючкова А.С. Моделирование сверхзвукового обтекания баллистических моделей в программном коде UST3D// Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т.19 (4) http://chemphys.edu.ru/issues/2018-19-4/articles/783/
36. Edwards, J.R., Liou, M.-S. Low-Diffusion Flux-Splitting Methods for Flow at all Speeds // AIAA Journal. 1998. Vol.36. № 9. pp. 16101617.