Instationäre Aerodynamik eines formadaptiven elasto-flexiblen Membranflügels

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Breitsamter
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392164975

Revolutionäre Konzepte für unbemannte Luftfahrzeuge zielen auf Missionsszenarien ab, die sowohl Anteile effizienten Langsam- und Streckenflugs als auch hohe Manövrierfähigkeit aufweisen. Derartige Szenarien erfordern Fluggeräte, die ihre aerodynamischen Eigenschaften optimal an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen können. Dieses Projekt beschäftigt sich daher mit neuen, technisch machbaren Lösungen für solche vielseitig einsetzbaren Fluggeräte, die auf einer adaptiven Nurflügelkonfiguration mit einem einstellbaren aero-elastisch flexiblen Flügel basieren. Membranflügelkonfigurationen bieten die Möglichkeit, einen oder mehrere geometrische Parameter wie Pfeilung, Grundrißform oder Profilierung kontinuierlich zu verändern und bieten damit Potenziale zur aerodynamischen Leistungssteigerung für komplexe Missionsprofile. Die inhärente Flexibilität, die mit der Membran verbunden ist, bewirkt jedoch eine starke Kopplung zwischen instationären aerodynamischen Lasten und der strukturellen Reaktion des Fluggeräts, deren Bewertung hochgekoppelte, multidisziplinäre Analysen erfordern. Diese nichtlineare Fluid-Struktur-Interaktion verursacht aeroelastische Instabilitäten, die mit anspruchsvollen experimentellen Methoden mit guter Genauigkeit untersucht werden können. Die vorgeschlagene Forschungsarbeit widmet sich dieser Thematik, um die Auswirkungen von Designvariablen zur Bestimmung von aerodynamischen und strukturellen Eigenschaften und Konfigurationen zu ermitteln, um daraus optimale Flugbedingungen durch verschiedene Morphing-Zustände zu erreichen. Das betrachtete Windkanalmodell besteht aus einer Holmstruktur mit Gelenken zur Variation von Streckung, Pfeilung und lokaler Anstellung sowie einer flexiblen tragenden Fläche. Durch die Anisotropie der Flügelmembran führt die Verformung des Flügels unter aerodynamischen Belastungen zu einer passiven Strömungsbeeinflussung in Form einer Profiladaption. Bisher wurde ein erstes Verständnis dieser Mechanismen und der aerodynamischen Eigenschaften durch vorausgegangene Windkanalversuche und komplementäre numerische Simulationen gewonnen. Das aktuelle Projekt zielt nun darauf ab, die aerodynamischen Eigenschaften mit spezifischen aerodynamischen Zielvariablen zu verknüpfen und das Konzept in Bezug auf instationäre aerodynamische Probleme, die mit Hochauftrieb und Böeneinwirkung verknüpft sind, zu untersuchen. Das Grundkonzept der massiven Formanpassung sowie der Einsatz einer flexiblen tragenden Fläche und deren technische Umsetzung verbinden grundsätzlich neue Ansätze im Sinne der Flugzeugaerodynamik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jinjun Wang