Steady-state and unsteady analysis of cylindrical bodies in hypersonic flow

Predicting the behavior of re-entry objects has gained a lot of interest in recent years. Calculating the aerodynamic coefficients of such objects as well as characterizing the flow around them is crucial in predicting the trajectory. In this project, both steady-state as well as unsteady analysis of a pitched circular cylindrical body at hypersonic flow re-entering the Earth’s atmosphere is simulated. Steady-state simulations are run using SU2 CFD software aiming to validate the results against previous experimental and computational ones. Additionally, unsteady simulations with three different angular velocities around the pitch axis are carried out to assess the influence the angular velocity of the body has on both the aerodynamic coefficients as well as the flow around the body. The project proved the capabilities of SU2 in modeling compressible hypersonic flows by giving results similar to the experimental and computational ones. Its multi-zone capabilities were utilized in the unsteady simulations where it was concluded that the angular velocity of the cylinder does affect the aerodynamic coefficients of the body with more pronounced differences at higher angular velocities.

La previsione del comportamento degli oggetti di rientro ha suscitato molto interesse negli ultimi anni. Il calcolo dei coefficienti aerodinamici di tali oggetti e la caratterizzazione del flusso attorno a essi sono fondamentali per prevedere la traiettoria. In questo progetto, vengono simulate sia l'analisi stazionaria che quella non stazionaria di un corpo cilindrico circolare inclinato a flusso ipersonico che rientra nell'atmosfera terrestre. Le simulazioni stazionarie vengono eseguite utilizzando il software SU2 CFD con l'obiettivo di convalidare i risultati rispetto a quelli sperimentali e computazionali precedenti. Inoltre, vengono eseguite simulazioni non stazionarie con tre diverse velocità angolari attorno all'asse di beccheggio per valutare l'influenza che la velocità angolare del corpo ha sia sui coefficienti aerodinamici che sul flusso attorno al corpo. Il progetto ha dimostrato le capacità di SU2 nella modellazione di flussi ipersonici comprimibili fornendo risultati simili a quelli sperimentali e computazionali. Le sue capacità multizona sono state sfruttate nelle simulazioni instabili, dove si è concluso che la velocità angolare del cilindro influisce sui coefficienti aerodinamici del corpo, con differenze più pronunciate a velocità angolari più elevate.