Dr.-Ing. Bastian Thorwald


Dipl.-Ing. Bastian Thorwald
Wissenschaftlicher Mitarbeiter




Approximative Berechnungsmethoden für 3D-Hyperschallströmungen im chemischen und thermodynamischen Nichtgleichgewicht

Die Berechnung der Strömung sowie des chemischen und thermodynamischen Zustandes des Gases bei der Umströmung eines beliebig geformten Fluggerätes im Hyperschallbereiches erfordert mit verfügbaren Navier-Stokes Codes nach wie vor sehr umfangreiche Rechenzeit. Das erschwert den numerischen Test einer Konfiguration eines Hyperschall-Fluggerätes z.B. für den Erd-Wiedereintritt an einer ausreichenden Anzahl von Punkten entlang der Wiedereintritts-Trajektorie. Die langen Rechenzeiten verhindern ebenfalls eine sinnvolle Kopplung mit Flugmechanik-Programmen oder Inverse-Design Methoden (die Körperform eines Hyperschall-Fluggerätes wird in den Grenzen vorgegebener Material-/ Strukturgrenzwerte iterativ anhand der Ergebnisse der Strömungsberechnung bestimmt).

Ziel der Arbeit ist der Entwurf einer approximativen Berechnungsmethode auf der Basis einer neuen Modifikation der Newton-Methode, die das dreidimensionale Stromlinienbild bei chemischem und thermodynamischem Nichtgleichgewicht sowie die Lage von Front- und Binnenstößen berechnet. Die Lösung kann anschließend einerseits als gute Startlösung für exaktere Verfahren verwendet werden um eine deutlich schnellere Konvergenz der Rechnungen zu erzielen. Andererseits soll die Lösung genau genug sein, um die Kopplung an die oben erwähnten Programme für Flugmechanik bzw. Inverse-Design zu ermöglichen.


Approximative calculation method for 3D hypersonic flow in chemical and thermodynamical non-equilibrium

Common Navier-Stokes Codes still require considerable computing time for the calculation of the chemical and thermodynamical state of a fluid in hypersonic flow. This hampers for example the numerical validation of shock tunnel measurements or the hypersonic flow calculation for a reentry vehicle along a sufficient number of points of the trajectory. In addition it prevents a coupling with flight mechanics programmes or inverse design methods (structural constraints determine the iterative elaborated body geometry).

The objective of this work is the development of an approximative calculation method based on a new modification of the Newtonian theory, which gives the three-dimensional streamline pattern at chemical and thermodynamical non-equilibrium as well as shock locations and shapes. The results can then be employed as an initial solution for more exact calculations to achieve faster convergence. Also the coupling with flight mechanics programmes and inverse design methods is rendered possible.