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Date post: 23-Mar-2021
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349
IWNSA National Aeronautics and Space Administration Lyndon B. Johnson Space Center Houston. Texas 77058 NASA-CR-171795 Q. COLUMBIA: THE FIRST FIVE FLIGHTS ENTRY HEATING DATA SERIES VOLUME 6 THE UPPER LEE SIDE SURFACE CENTERLINE By S. D. Williams July 1984 Prepared Under Contract No. NAS 9-15800 Lockheed Engineering and Management Services Co., Inc. for NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINSTRATION Johnson Space Center Houston, Texas
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IWNSANational Aeronautics andSpace Administration

Lyndon B. Johnson Space CenterHouston. Texas 77058 NASA-CR-171795

Q.

COLUMBIA: THE FIRST FIVE FLIGHTS

ENTRY HEATING DATA SERIES

VOLUME 6

THE UPPER LEE SIDE SURFACE CENTERLINE

By

S. D. Williams

July 1984

Prepared Under Contract No. NAS 9-15800Lockheed Engineering and Management Services Co., Inc.

for

NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINSTRATION

Johnson Space CenterHouston, Texas

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DISCUSSION:

Over 2,000 development flight instruments (DPI) were installed on Columbiawith the majority of the DPI flight data recorded during ascent and entry(Ref. 1). Additional real-time instrumentation was used to continuouslymonitor the thermal subsystems during each flight. Successful completion ofthe first five flights of the Space Shuttle Orbiter has provided sufficientdata from radiometers, thermocouples, and pressure transducers to appraisethe aerothermodynamic/TPS performance.

The entry heating presented in this report is restricted to the Upper LeeSide Surface Center!ine, see Figure 1. A tabulation of the orbiter X, Ycoordinates for each instrument can be found in Table I. This data ispresented in two Appendices.

Appendix A: Correlation ParametersAppendix B: Flight Data

As an aid to the reader, the page numbers for the specific correlationparameters and flight data for each Appendix can be found in Tables II andIII,

The surface heating and temperature data presented in this volume is basedon the thermal analysis at each individual location via the JSCNONLIN/INVERSE computer program Ref. 2. Values of angle-of-attack and thederived free stream Mach number were obtained from JSC/MPAD Best EstimatedTrajectory (BET) data tapes for each flight. The corresponding data valuesfor Normal Shock Reynolds number (Ref. 3), reference heating rate, referencefilm coefficient, and total enthalpy were obtained via the MINIVER computerprogram (Ref. 4). Values of h/h -. were computed using a 0.9 Hj recoveryenthalpy. The comparison of wind tunnel data (0.9 Hj) with flight data forV07T9802A (X/L=0.026) and V07T9804A (X/L=0.035) were obtained by linearinterpolation from the X/L=0.025 and X/L=0.050 wind tunnel data. Likewise,the wind tunnel data for V07T9806A (X/L=0.080) and V07T9808A (X/L=0.98) wereobtained by linear interpolation from wind tunnel data at X/L=0.075 andX/L=0.100. Linear interpolation of wind tunnel data for V09T9518A

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(X/L=0.595) and V07T9232A (X/L=0.791) were obtained at X/L=0.550 andX/L=0.600, and X/L=0.700 and X/L=0.800, respectively. All other wind tunneldata was taken at X/L locations 0+0.001) corresponding to flight measurementlocations. No wind tunnel data was available for interpolation for V07T9814A(X/L=0.246) and V07T9819A (X/L=0.298) due to wind tunnel test instrumentmanfunction.

At the wind tunnel conditions, Mach 8, (Ref. 5) the Normal Shock Reynoldsnumber is .1121 times the Reynolds number based on freestream parameters.

All heating rates were calculated with a view factor of 1. The surfaceemissivity of all instruments was assumed to be 0.80. A mojority of theheating rates compared to flight parameters (a, M^, and Re^ ) are presentedon a log scale with imposed limits of 10" £h/h f <_! except for V07T9814A,V07T9819A, V07T9826A, V07T9832A, V09T9518A, and V07T9845A which had imposedlimits of 10~4 <_h/href _< 1.

Entry heating data for other vehicle areas is presented in additionalvolumes. Volume 1: An overview, see Reference 6, contains the underlyingassumptions, detailed trajectory information, and pertinent information forthe integration of all subsequent volumes. In order to provide an adequateoverview of the entry heating, Volume 1 will be the last releasedpublication in this series of reports.

After the publication and distribution of Volume 5 (Ref. 7) it wasobserved that the numerical values of the Normal Shock Reynolds numbersflagged on the h/href vs. a plots were incorrectly labeled. Although theflagged values were correct with respect to time and a the free streamvalues instead of the normal shock values were printed. The analyst canobtain the correct value for wind tunnel conditions either by multiplyingthe stated value by 0.1121 or by using the values shown in Table IV. Thisreport has maintained the error in printing the free stream value forconsistency between volumes 2 through 6. The author regrets anyinconvenience this has caused for the serious researcher.

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REFERENCES: .

1. Smith, J.A., STS-3 Structural & Aerothermodynamic Pressure andAerothermodynamics & Thermal Protection System Measurement Locations,

NASA JSC 17889, January 15, 1982.

2. Williams, S. D. and Curry, D. M., An Analytical and Experimental Study

Using a Single Embedded Thermocouple, J. Spacecraft and Rockets, Vol.

14, October 1977, pp. 632-637.

3. Ried, R. C., Jr.; Goodrich, W.D.; Strouhal, 6.; and Curry, D. M.: The

Importance of Boundary Layer Transition to the Space Shuttle Design,

Proceedings of the Boundary Layer Transition Workshop held Nov. 3-5,

1971. Aerospace Report No. TOR-0172 (S2816-16) -5, Dec. 20, 1971.

4. Mender, 0. R., A Miniature Version of the JA70 Aerodynamic Heating

Computer Program, H800 (MINIVER) MDC G0462, McDonnell DouglasAstronautics Company, Huntington Beach, CA, June 1970, Revised January

1972.

5. Martindale, W. R., Kaul, C. E., and Nutt, K. W., Test Results from the

NASA/Rockwell International Space Shuttle Orbiter Heating Test (OH39B)

conducted in the AEDC-VKF Tunnel B, AEDC-DR-75-17 VonKarman Gas DynamicsFacility, ARO, Inc., Arnold Engineering Development Center, Arnold Air

Force Station, Tennessee, Feb. 28, 1975.

6. Williams, S. D., Columbia: The First Five Flights Entry Heating Data

Series, Volume 1, An Overview.

7. Williams, S. D., Columbia: The First Five Flights Entry Heating Data

Series, Vol. 5, The Side Fuselage and Payload Bay Door, NASA-CR-171732,January 1984.

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<DC<0O5Q.Q.

Co

cg

oo

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TABLE I

UPPER SURFACE CENTERLINE COORDINATES

Measurement

V07T9802A

V07T9804A

V07T9806A

V07T9808A

V07T9736AV07T981 3A

V07T9814A

V07T9819A

V07T9826A

V07T9832A

V09T9518AV07T9845A

V07T9232A

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

X/L

.026

.035

.080

.098

.171

.202

.246

.298

.398

.500

.595

.700

.791

X

268

279337

361454

494

551

617

746877

999

11341251

.3

.6

.6

.1

.4

.3

.3

.5

.4

.0

.0

.0

• 6

Y

-3.

0.

0.-1.

0.

1.

0.

0,

0.

3.

-15.1.

0.

0

0

0

0

0

9

9

55

5

05

5

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TABLE II

PAGE NUMBERS FOR APPENDIX A:

CORRELATION PARAMETERS

• STS-FLIGHT

FLIGHT PARAMETER STS-1 STS-2 STS-3 STS-4 STS-5

a

M00

Re»icNSa

MCD

qrefqrefq _Mrefqrefuref

h ,refh _ref

"ref

VS

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

vs

tttM

00

ReMCNSRe»ieNSt

a

Mao

R6NSt

a

M00

R6NS '

1

6

n16

21

26

31

36

41

46

51

56

61

66

2

7

12

17

22

27

32

37

42

47

52

57

62

67

3

8

13

18

23

28

33

38

43

48

53

58

63

68

4

9

14

19

24

29

34

39

44

49

54

59

64

69

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

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• TABLE'III - PAGE NUM3ERS FOR APPENDIX 3: FLIGHT DATA

^ MEASUREMENT

V07T9802A - h/hpef vs a "

-h/h^ vs M.

-h/href vs ReNS

' ''cony vs *- Ts vs t

i. V07T9804A - h/h , vs arsT- - h/href vs M»

•h/W vs " Re*s' <conv vs t

: - TS vs t

*

^ VQ7T9806A - h/hpef vs a

' - h/href vs M,

. - h/h^f vs ReNS

• «conv vs l

- TS vs t

V07T9808A - h/h^ vs a

- h/href vs ^

- h/ly^ vs ReNS

- <conv vs t

- T vs t»

V07T3736A - h/href vs o

-h/href vs t

^ - - h/href vs ReNS

' ' *conv vs t

- TS vs t

STS-FLIGHT

STS-1

1

6

n16

21

26

31

36

41

46 •

51

56

61

66

71

! 76

.81

86

I 91

; 96

: 101

106

1V1

116

121

STS-2

2

7

12

17

22

27

32

37

42

47

52

57

62

67

72

77

82

87

92

97

102

107

112

117

122

STS-3

3

8

13

18

23

28

33

38

43

48

53

58

63

68

73

78

83

88

93

98

103

108

1T3

118

123

STS-4

4

9

14

19

24

29

34

39

44

49

54

59

64

69

74

' 79

84

89

94

99

104

109

114

119

124

STS-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

.50

55

50

65

70

75 '

8ff

85

90

'95 -

100

105

110

115

120

125

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• TABLE'III - PAGE NUMSERS FOR APPENDIX 3: FLIGHT DATA

MEASUREMENT

V07T9813A " h/href VS a "

-h/href vs M.

-h/href vs ReNS

' «conv vs t

- TS vs t

V07T9814A - h/hpef vs °

- • - h/href vs *"

-h/href vs ' Re,,s

' <conv vs t

- T v.s t

»

V07T9819A - h/h^ vs a

• - h/hpef vs M,

. - * h/href ys ReNS

• «conv vs *- Ts vs t

V07T9825A . h/hpef vs a

- h/href vs M,

-h/h^ vs ReNS

' *conv vs t

* Ts vs t

»

V07ig832A - h/href vs a

• h/hpfif vs M.

- W^ vs ReNS

' ^conv vs *- TS vs t

STS-FLIGHT

STS-1

126

131

136

141

146

151

156

161

166 ;':

171

M/A

N/A

N/A

N/A

N/A

! N/A

N/A

N/A

| N/A

N/A

M/A

N/A

N/fl

• N/A

N/A

STS-2

127

132

137'

142

147

152

157

162

167

172

N/A

N/A

M/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

M/A

N/A

M/A

N/A

N/A

STS-3

128

133

138

143

148

153

158

163

168

173

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

181

184

187

190

193

196

199

20*2

205 •

208

STS-4

129

134

139

144

149

154

159

164

169

174

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

182

185

188

191

194

197

200

203

206

209

%130

135

140

145

150

155

160

165

170

1-75

*-178

179

180 -

183'

186

189

192 -

195

198

201

n-210

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• TABLE'III - PAGE NUMBERS FOR APPENDIX 3: FLIGHT DATA

W MEASUREMENT

- h/h -. vs a "V09T9518A rtf

•h/"ref vs N.

-h/href ys ReNS

-Aonv vs *- TS ys t .

V07T9845A - h/hpef vs a

- - h/href vs H,

•h/W vs " Re*s- <W vs *

: - TS vs t

%

|k V07T9232A - h/href vs a

™ . -h/href vs *•

.. . - h/href vs ReNS

' ^conv vs *- T$ vs t

STS -FLIGHT

STS-1

211

216

221

226

231

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

STS -2

212

217

222

227

232

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

STS -3

213

218

223

228

233

236

239

242

245

248

251

254

257

260

263

1

STS -4

214

219

224

229

234

237

240

243

246

249

252

255

258

261

264

STS-

215

220

225

230 .

235

238

241.

244

247

250

253

256

259

262

265

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TABLE IV

Correlation Between Free Stream and Normal Shock ReynoldsNumbers at Wind Tunnel Conditions

0.0175 ScaleRe^/ft

X 106

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

3.70

107 ft. LengthRe=o

X 10s

0.936

1.873

2.809

3.745

4.681

5.618

6.554

6.928

107 ft. LengthReNSX 10s

1.050

2.099

3.149

4.198

5.248

6.297

7.347

7.767

10

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APPENDIX A

CORRELATION PARAMETERS

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o „O uj

ST

<E -a:<rQ.

o

fr-O

Ld

I</>(-CO

I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

Ul

LO 0><o

111in<r

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APPENDIX B

FLIGHT DATA

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1. Report No.

NASA-CR-1717952. Government Accession No. 3. Recipient's Catalog No.

4. Title and Subtitle

COLUMBIA: THE FIRST FIVE FLIGHTS ENTRY HEATING DATA SERIESVOLUME 6The Upper Lee Side Surface Center!ine

5. Report Date

July 19846. Performing Organization Code

24-50

7. Author(s)

S. D. Wil l iams

8. Performing Organization Report No.

LEMSCO-19346

9. Performing Organization Name and Address

Lockheed Engineering and Management Services Co., Inc.1830 NASA Road 1Houston, Texas 77058

10. Work Unit No.

J.O. 52-309

11. Contract or Grant No.NASA 9-15800

12. Sponsoring Agency Name and Address

NASA Johnson Space CenterStructures and Thermal DivisionHouston, Texas

13. Type of Report and Period Covered

Contractor Report

14. Sponsoring Agency Code

15. Supplementary Notes

16. Abstract

Entry heating flight data and wind tunnel data on the upper lee side surface center!ineare presented for the first five flights of the Space Shuttle Oribter. The heatingrate data is presented in terms of normalized film heat transfer coefficients as afunction of angle-of-attack, Mach number, and Normal Shock Reynolds numbers. Thesurface heating rates and temperatures were obtained via the JSC NONLIN/INVERSEcomputer program. Time history plots of the surface heating rates and temperaturesare also presented. .

17. Key Words (Suggested by Author(s|)

Heating rateFilm heat transfer coefficientMach numberReynolds number Flight heating dataWind tunnel Shuttle Orbiter

18. Distribution Statement

Subject category: Upper Lee Side SurfaceCenterline Entry Heating

19. Security Qassif. (of this report)

Unclassi fied

20. Security Classif. (of this page)

Unclassified

21. No. of Pages

347

22.

'For sale by the National Technical Information Service. Springfield. Virginia 22161

JSC Form 1424 (Rev Nov 75) NASA — JSC


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