Simulation von Längswirbeln im Hochauftrieb von Verkehrsflugzeugen

• Antragsteller: Dr. Tobias Knopp; Professor Dr.-Ing. Rolf Radespiel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282866055

Bei modernen Verkehrsflugzeugen werden häufig Längswirbelerzeuger an den Triebwerksgondeln eingesetzt, um im Langsamflug eine vorzeitige Ablösung der lokal hoch belasteten Tragflügelgrenzschicht zu verhindern. Für verlässliche Vorhersagen dieser Längswirbel und ihrer Wirkung auf den Tragflügel fehlt bis heute eine validierte Simulationsstrategie, die Anwendungen bei den typischen Reynoldszahlen des Flugs ermöglicht. Das Ziel des beantragten Projekts besteht in der Etablierung einer fundierten Methodik für die numerische Vorhersage der Strömung von Tragflügeln in Hochauftriebskonfiguration, deren Grenzschichten in Wechselwirkung mit freien Längswirbeln stehen. Die Simulationsmethodik soll mittels eines Windkanalexperiments validiert werden. Darüber hinaus zielt die Analyse der neu gewonnenen Datenbasis aus dem Experiment und den numerischen Simulationen auf ein Verständnis darüber, welchen Einfluss die verschiedenen Strömungsskalen des Längswirbels und der durch Druckanstieg belasteten Grenzschicht auf das Gesamtphänomen der Wechselwirkung haben. Insbesondere soll auch die in Windkanalexperimenten und im Flug beobachtete Dynamik des Wirbels, die sich in einem Mäandern des Wirbels äußert, in ihrer Wirkung quantifiziert werden. Die angestrebte Methodik besteht aus einem adaptiven, hybriden RANS-LES Modell, bei dem ein Reynolds-Spannungsmodell der Turbulenz für den RANS-Bereich und eine wandmodellierte LES für den Bereich mit skalenaufgelöster Turbulenz verwendet werden. Mit diesem Modell soll die Frage beantwortet werden, ob die Wechselwirkung eines freien Längswirbels mit einer Flügelgrenzschicht bei einem positiven Druckgradienten durch einen hybriden, Skalen auflösenden Ansatz simuliert werden muss, oder ob die wesentlichen Effekte qualitativ und quantitativ bereits durch ein geeignetes Reynolds-Spannungsmodell beschrieben werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen