This work deals with the inference of catalytic recombination parameters from plasma wind tunnel experiments for reusable thermal protection materials. One of the critical factors affecting the performance of such materials is the contribution to the heat flux of the exothermic recombination reactions at the vehicle surface. The main objective of this work is to develop a dedicated Bayesian framework that allows us to compare uncertain measurements with model predictions which depend on the catalytic parameter values. Our framework accounts for uncertainties involved in the model definition and incorporates all measured variables with their respective uncertainties. The physical model used for the estimation consists of a 1D boundary layer solver along the stagnation line. The chemical production term included in the surface mass balance depends on the catalytic recombination efficiency. As not all the different quantities needed to simulate a reacting boundary layer can be measured or known (such as the flow enthalpy at the inlet boundary), we propose an optimization procedure built on the construction of the likelihood function to determine their most likely values based on the available experimental data. This procedure avoids the need to introduce any a priori estimates on the nuisance quantities, namely, the boundary layer edge enthalpy, wall temperatures, static and dynamic pressures, which would entail the use of very wide priors. We substitute the optimal likelihood of the experimental data with a surrogate model to make the inference procedure both faster and more robust. We show that the resulting Bayesian formulation yields meaningful and accurate posterior distributions of the catalytic parameters with a reduction of more than 20% of the standard deviation with respect to previous works. We also study the implications of an extension of the experimental procedure.


翻译:这项工作涉及从等离子风隧道试验中为可再利用的热保护材料进行的催化再组合参数的推断。影响此类材料性能的关键因素之一是对车辆表面异热再组合反应热通量的贡献。这项工作的主要目标是开发一个专门的巴伊西亚框架,使我们能够将不确定的测量与取决于催化参数值的模型预测进行比较。我们的框架记录了模型定义所涉及的不确定性,并纳入了所有测量的变量及其各自的不确定性。用于估算的物理模型包括沿停滞线的1D边界层溶液。表面质量平衡中所含的化学生产术语取决于催化再组合效率。由于模拟反应边界层所需的所有不同数量都无法测量或了解(例如内端边界的流量),因此我们提议了一个优化程序,根据现有实验数据来确定其最可能值。这个程序避免了对振动量的预先估计,即地表边缘影响取决于催化再平衡效率效率。由于模拟反应波层边缘值的影响,因此在试验前的实验性温度中,我们用一个更精确的升度模型来显示一个更精确的温度。

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