Simulation of longitudinal vortices in high-lift of transport aircraft-
Final Report Abstract
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 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 und einer wandaufgelösten Large-Eddy Simulation (LES) 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.
Publications
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Experimental and Numerical Analysis of a Streamwise Vortex Downstream of a Delta Wing. AIAA Journal, 58(7), 2857-2868.
Landa, Tim; Klug, Lorenz; Radespiel, Rolf; Probst, Silvia & Knopp, Tobias
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Numerical Simulation of the Streamwise Transport of a Delta Wing Leading-Edge Vortex. Journal of Aircraft, 58(6), 1281-1293.
François, Daniela G.; Probst, Silvia; Knopp, Tobias; Grabe, Cornelia; Landa, Tim & Radespiel, Rolf
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Experimental analysis of longitudinal vortex dynamics. AIAA AVIATION 2022 Forum. American Institute of Aeronautics and Astronautics.
Rathje, Nils; Ströer, Philip; Weiner, Andre; Knopp, Tobias; Probst, Axel & Radespiel, Rolf
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Large-Eddy Simulation of a Delta Wing. In: High Performance Computing in Science and Engineering, Garching/München, 2022 SuperMUC-NG Report, LRZ, Seiten 114-115, 2022
Ströer, P., Knopp, T., Probst, A., Rathje, N. & Radespiel, R.
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Dynamics of a strake vortex interaction with the turbulent boundary layer of a two-element airfoil. AIAA AVIATION 2023 Forum. American Institute of Aeronautics and Astronautics.
Rathje, Nils; Ströer, Philip; Weiner, Andre; Knopp, Tobias & Radespiel, Rolf
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Sensitivity Analysis of the Synthetic Turbulence Generator for Vortical Flows. 21. STAB Workshop, 7.-8. November 2023, Göttingen, STAB Jahresbericht, S. 82-83, 2023
Soliman, E., Knopp, T., Ströer, P., Probst, A. & Rathje, N.
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Numerical and experimental investigation of longitudinal vortex of a delta wing, Abstract submitted to 1st European Fluid Dynamics Conference (ECFDC1), 16-20 Sept. 2024, Aachen, Germany
Soliman, E., Knopp, T., Ströer, P., Probst, A., Rathje, N. & Radespiel, R.
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RANS turbulence modeling validation and prospects for improvement. Integration of computational and empirical experimentation techniques (invited), Panel discussion AIAA SciTech Orlando 8-12 January, 2024
Knopp, T.
