Numerical investigation of supersonic inlets for ramjets

The parameters, models and schemes affecting the stable and accurate resolution of a pseudo-shock system when numerically computing the strong adverse pressure gradient flow for a supersonic inlet for ramjet applications with the DLR TAU code have been investigated. Concomitantly, a stabilizing technique for the start-up phase of the computation on two-dimensional domains of reduced length, where the backpressure is imposed directly at the outlet, has been assessed. This allows to spare grid size by a significant amount, avoiding the need of a second throat bringing the flow to supersonic conditions at the outlet, and it could be an advantage during preliminary design studies. At the same time, it leads to ill-posedness of the problem, therefrom the need of a stabilizing technique during start-up and improvement of the stability parameters. Two inlet configurations have been studied at a design Mach number of 3 for increasing values of the backpressure: a base configuration without bleed and a bleed configuration featuring a boundary layer bleeding slot on the bottom wall. Results have been compared to experimental data and schlieren visualizations.

Si sono investigati i parametri, i modelli e gli schemi aventi influenza sulla stabile ed accurata riproduzione di un sistema pseudo-shock durante la simulazione numerica, mediante il codice TAU, di un flusso a forte gradiente avverso di pressione in una presa d’aria supersonica per applicazioni di tipo ramjet. È stata messa a punto, in concomitanza, una tecnica di stabilizzazione per la fase di avvio della simulazione su domini bidimensionali di lunghezza ridotta, ove la pressione retrostante viene imposta direttamente all’uscita. Questo permette di contenere la grandezza della griglia di calcolo in misura significativa, non necessitando di una gola secondaria che riporti il flusso a condizioni supersoniche all’uscita, e potrebbe risultare vantaggioso in fase di studi di progetto preliminare. Allo stesso tempo, però, porta ad un problema malposto, da cui la necessità di una tecnica di stabilizzazione all’avvio e di un perfezionamento dei parametri inerenti la stabilità. Si sono studiate due configurazioni di prese d’aria ad un numero di Mach di progetto di 3, per valori di pressione retrostante crescenti: una configurazione base, senza aspirazione, ed una configurazione caratterizzata da una presa di aspirazione per lo strato limite sulla parete inferiore. I risultati sono stati confrontati con i risultati sperimentali e le visualizzazioni schlieren.