06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

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    Simulating asteroid impacts and meteor events by high-power lasers : from the laboratory to spaceborne missions
    (2023) Ferus, Martin; Knížek, Antonín; Cassone, Giuseppe; Rimmer, Paul B.; Changela, Hitesh; Chatzitheodoridis, Elias; Uwarova, Inna; Žabka, Ján; Kabáth, Petr; Saija, Franz; Saeidfirozeh, Homa; Lenža, Libor; Krůs, Miroslav; Petera, Lukáš; Nejdl, Lukáš; Kubelík, Petr; Křivková, Anna; Černý, David; Divoký, Martin; Pisařík, Michael; Kohout, Tomáš; Palamakumbure, Lakshika; Drtinová, Barbora; Hlouchová, Klára; Schmidt, Nikola; Martins, Zita; Yáñez, Jorge; Civiš, Svatopoluk; Pořízka, Pavel; Mocek, Tomáš; Petri, Jona; Klinkner, Sabine
    Meteor plasmas and impact events are complex, dynamic natural phenomena. Simulating these processes in the laboratory is, however, a challenge. The technique of laser induced dielectric breakdown was first used for this purpose almost 50 years ago. Since then, laser-based experiments have helped to simulate high energy processes in the Tunguska and Chicxulub impact events, heavy bombardment on the early Earth, prebiotic chemical evolution, space weathering of celestial bodies and meteor plasma. This review summarizes the current level of knowledge and outlines possible paths of future development.
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    Experiments on the laminar to turbulent transition under unsteady inflow conditions
    (2023) Romblad, Jonas; Krämer, Ewald (Prof. Dr.-Ing.)
    Natural laminar flow (NLF) airfoils are key to the performance of sailplanes and wind turbines. They provide a significant reduction of friction drag by delaying the transition from laminar to turbulent boundary layer. However, the most common method for transition prediction in NLF airfoil design, the e^n method (Mack 1977), has limited capabilities for taking inflow turbulence into account. The current work employs wind tunnel experiments to study how the transition on an NLF airfoil is affected by free-stream turbulence. The effect of small- and large-scale turbulence is studied separately, as well as in combination. In the wind tunnel, turbulence grids generate small-scale turbulence, and a gust generator induces inflow angle oscillations corresponding to large-scale turbulence. The study includes a detailed characterization of the turbulence generated by grids placed in the settling chamber of the wind tunnel. The Reynolds number Re = 3400000 and the airfoil pressure distribution is matched to cruise or dash flight of general aviation aircraft. The results are compared with direct numerical simulation, linear stability theory (LST) and flight measurements. The results show that small-scale turbulence does have an influence on the transition location in the investigated range of turbulence level, 0.01% < Tu < 0.11%. The modified e^n method (Mack 1977) captures the general trend, but the sensitivity to Tu is airfoil dependent. The effects of 2D, single-mode inflow angle oscillations are investigated in the range of reduced frequency 0.06 < kappa < 1.7. In this range, the transition process changes from quasi-steady to clearly unsteady, but a fully convective transition mode is not formed. This is an intermediate range of unsteady flow in which trajectory-following LST is able to capture the main features of the unsteady transition process. No significant interaction between the effects of small- and large-scale turbulence are observed in the investigated range of Tu and kappa, indicating that the effects can be superposed.
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    Editorial - physics of droplets
    (2024) Planchette, Carole; Lamanna, Grazia; Pan, Kuo-Long
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    The numerous phases of the interstellar medium in the starburst galaxy NGC 253 : a multi-wavelength study
    (2024) Beck, André; Krabbe, Alfred (Prof. Dr.)
    The physical properties of the nuclear region of the starburst galaxy NGC 253 are analysed using observations from various mid- to far-infrared telescopes. The data of these telescopes are homogeneously reduced and combined. Afterwards, the data are used in a complex Monte-Carlo to determine the physical conditions in the observed region.
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    Thin-disk multipass amplifier for power scaling of ultrafast lasers
    (2024) Dominik, John; Dekorsy, Thomas (Prof. Dr.)
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    Development of a passively Q-switched microchip laser operating at 914 nm for automotive lidar applications
    (2022) Nägele, Marco; Dekorsy, Thomas (Prof. Dr. rer. nat.)
    Die meisten Festkörperlaser besitzen Emissionswellenlängen oberhalb eines Mikrometers und können deshalb nicht für moderne Lidarsysteme in Kombination mit günstiger und weit etablierter siliziumbasierten Detektortechnologie verwendet werden. Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung und Realisierung eines passiv gütegeschalteten Nd3+:YVO4 Lasers bei einer Wellenlänge von 914nm für die Anwendung in einem automobilen Lidar Sensor. Zur Untersuchung der für die Lidaranwendung relevanten Laserparameter werden insgesamt drei experimentelle Resonatorkonfigurationen verwendet. Die Konfigurationen sind dabei so gewählt, dass die Laserparameter möglichst entkoppelt vom Gesamtsystem analysiert werden können. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass der quasikontinuierlich gepumpte Nd3+:YVO4 Laser Pulsdauern im einstelligen Nanosekundenbereich und Pulsenergien von knapp 40 μJ erreichen kann. Zudem lässt sich für eine mögliche Lidaranwendung die Repetitionsrate bis ungefähr 60 kHz über die verwendete Pumpleistung skalieren. Der Vergleich mit der Theorie basierend auf Ratengleichungen zeigt eine gute Übereinstimmung zum Experiment, woraus sich das zukünftige Potential des Lasers für mögliche Anwendungen abschätzen lässt. Über alle Untersuchungen hinweg konnte eine sehr gute Strahlqualität beobachtet werden, was in der Lidaranwendung ein hervorragendes Auflösevermögen verspricht. Neben der Betrachtung verschiedener Systemzusammenhänge mittels experimenteller Konfigurationen wird ein kompakter, monolithischer, passiv gütegeschalteter Demonstratoraufbau im Einzelpulsbetrieb bei einer Wiederholrate von 200 Hz präsentiert. Hierbei kommt als Pumplaser ein 808nm Breitstreifen-Diodenlaser zum Einsatz, welcher verglichen mit einem fasergekoppelten Laserdiodenmodul nicht nur ein deutlich kompakteres Gesamtsystem verspricht, sondern ebenfalls eine schmalere Linienbreite besitzt. Folglich kann das Gesamtsystem allein durch Anpassung des Pumplaserstroms und ohne aktive Temperaturstabilisierung in einem Temperaturbereich von 20-50 °C stabil betrieben werden. Zudem liefert der kurze Resonator des monolithischen Laserkristalls nicht nur kurze Pulsdauern, sondern ermöglicht ebenfalls den Betrieb auf einer einzelnen longitudinalen Mode und folglich spektrale Emissionsbandbreiten von wenigen Pikometern. Hierdurch ergibt sich für Langzeitmessungen über 60 Minuten eine hervorragende Stabilität der spektralen Eigenschaften, der Pulsenergie und der Pulsdauer.
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    Investigation of Lagrangian Areas of Minimal Stretching (LAMS) in a turbulent boundary layer
    (2023) Rist, Ulrich; Weinschenk, Matthias; Wenzel, Christoph
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    SOFIA - Mission infrarotes Universum
    (Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Raumfahrtsysteme, 2025) Krabbe, Alfred; Mehlert, Dörte; Wolf, Jürgen
    Warum haben die NASA und das DLR - die amerikanische und deutsche Raumfahrtagentur - eine fliegende Sternwarte betrieben? Mit welchen Tricks haben Ingenieure und Ingenieurinnen das Teleskop des Stratosphären Observatoriums Für Infrarot Astronomie (SOFIA) stabilisiert? Was ist am infraroten Universum so interessant? Wozu hatte die Universität Stuttgart eine Außenstelle in Kalifornien? Welche Rolle spielte die deutsche Wiedervereinigung während der Entwicklungsphase? Diese und viele weitere Fragen rund um die fliegende Sternwarte SOFIA beantwortet dieses von Insidern geschriebene Buch in Bildern und Texten. Lassen Sie sich auf einen Forschungsflug an Bord des einzigartigen Observatoriums mitnehmen, gewinnen Sie einen Überblick über die wissenschaftlichen Erkenntnisse des Observatoriums und fragen Sie: Wie könnte das nächste Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie aussehen? In diesem Buch finden Sie alles, was Sie schon immer über SOFIA wissen wollten.
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    Experimental validation of a numerical coupling environment applying FEM and CFD
    (2023) Hartmann, Christopher; Schweikert, Julia; Cottier, François; Israel, Ute; Gier, Jochen; Wolfersdorf, Jens von
    Experimental results for the transient heat transfer characteristics over a flat plate and over a plate with V-shaped ribs were compared to numerical results from a coupling environment applying FEM and CFD. In order to simulate transient effects in the cooling process of engine components during typical flight missions, the temperature and the velocity at the inlet of the channel were varied over time. The transient temperature distribution at the plate was measured using infrared thermography. Five different plate materials (perspex, PEEK, quartz, aluminum, and steel) were considered to investigate the influence of thermal conduction on the heat transfer between solid and fluid depending on the Biot number. The experimental results represent a reference database for a Python-based coupling environment applying CalculiX (FEM) and ANSYS CFX (CFD). The results were additionally compared to numerical results simulating the complete transient conjugated heat transfer with CFD. A good agreement between the numerical and the experimental results was achieved using different coupling sizes at different Biot numbers for the flat plate and the plate with V-shaped ribs.