Würde ein Hitzeschild mit Noppen die Wärmeübertragung beim Wiedereintritt verringern?

Würde ein großer Keramik-Golfball beim Wiedereintritt weniger Wärme absorbieren als eine Standardkugel?

Von aerospaceweb.org :

Der Unterschied in den Strömungsfeldern um eine glatte Kugel und eine raue oder mit Grübchen versehene Kugel ist oben zu sehen. Da sich die laminare Grenzschicht um die glatte Kugel herum so schnell ablöst, erzeugt sie einen sehr großen Nachlauf über die gesamte Rückseite. Dieser große Nachlauf maximiert den Bereich niedrigen Drucks und führt daher zu der maximalen Druckdifferenz zwischen der Vorder- und der Rückseite. Wie wir gesehen haben, erzeugt dieser Unterschied einen großen Widerstand, wie er unter der Übergangs-Reynolds-Zahl zu sehen ist.

Wäre die Verringerung der absorbierten Wärme signifikant genug, um eine größere Nutzlast zu rechtfertigen, indem das Gewicht des Hitzeschilds verringert wird?

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Der Golfball ist Unterschall, aber ein Wiedereintritt aus der Umlaufbahn ist Hyperschall.
Turbulente Strömung erhöht die Wärmeübertragung, genau das Gegenteil von dem, was passieren soll.

Antworten (1)

Die mit Grübchen versehene Kugel kann einen geringeren Luftwiderstand erzeugen (obwohl ich, wie Uwe betont, nicht sicher bin, ob das im Hyperschallflug zutrifft). Dies bedeutet jedoch nicht, dass es den Wiedereintritt besser überstehen wird.

Ein höherer Luftwiderstand impliziert einen schnelleren Wiedereintritt und eine kürzere Exposition gegenüber extremen Temperaturen. Das Leiten von Wärme zum Kern braucht Zeit, so dass der Kern selbst dann, wenn die Außenschicht ablatiert, durch eine kurze Einwirkung extremer Temperaturen weniger beeinträchtigt werden kann als durch eine lange Einwirkung mäßiger Temperaturen.

Der Nachlauf ist relativ kühl und benötigt nicht viel Abschirmung - wenn der Hyperschallfluss diesem Diagramm ähnelt, würde die zweite Kugel ungefähr die doppelte Abschirmung der ersten benötigen.

Turbulente Strömungen werden im Allgemeinen bei der Konstruktion von Hitzeschilden vermieden - Turbulenzen implizieren Konvektion und bieten mehr Wärme die Möglichkeit, die Oberfläche der Kugel zu erreichen.

Die Noppenkugel hat eine größere Oberfläche. Mehr Oberfläche, die heißer Luft ausgesetzt ist, bedeutet mehr absorbierte Wärme.

Würde ein Hitzeschild mit Noppen die Wärmeübertragung beim Wiedereintritt verringern?
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