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Projekt
Large Eddy Simulation der Interaktion von Flügelnachlauf und Höhenleitwerk im Buffet
Antragstellerin
Professorin Dr.-Ing. Andrea D. Beck
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406435057
Beim Highspeed-Stall kommt es am oberen Ende des Flugbereichs zu einer zyklischen Bewegung des auftretenden Verdichtungsstoßes (sog. Buffet) und damit zu Ablösung. Der daraus resultierende instationäre Flügelnachlauf trifft auf das stromab liegende Höhenleitwerk und kann dort ungewollte Strömungszustände und Lasten induzieren. Damit ergibt sich eine komplexe, nichtlineare Wirkungskette mit großer Skalenbandbreite. Die physikalische Interpretation und die numerische Vorhersage dieser gekoppelten Interaktionen turbulenter Strömungen sind weiterhin herausfordernd. Zusätzlich wurden bei den in der ersten Projektphase durchgeführten Messungen an der XRF-1-Konfiguration im ETW und am Grundlagenexperiment im Trisonikwindkanal des AIA teils deutliche Strukturvibrationen beobachtet, deren Einfluss in Analyse und Numerik bisher nicht berücksichtigt wurde. Es ist bekannt, dass es je nach Frequenzlage zu einer Modulation des Buffets kommen kann. Durch diesen zusätzlichen Einfluss erhöht sich die Komplexität der Wirkungskette Buffet – Nachlauf – Höhenleitwerk. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, zum Verständnis der Interaktion von Flügelnachlauf und Strömung am Höhenleitwerk beizutragen und dabei den Einfluss von Strukturvibrationen zu berücksichtigen und analysieren. Dazu untersuchen wir die Effekte von Vibrationen auf das Buffet am Tragflügel. Im Rahmen einer gemeinsam mit unseren Partnerteilprojekten konzipierten, gestaffelten Mess- und Simulationskampagne am Grundlagenexperiment klären wir den gegenseitigen Einfluss von geometrischen Faktoren (Pfeilung, Spannweite) sowie Vibrationen. Numerisch lassen sich dabei die einzelnen Effekte (z.B. Flügel mit und ohne Vibrationen) entkoppeln und getrennt betrachten. Die grundlegende Fragestellung ist hierbei, ob und wie Strukturvibrationen Buffet (insbesondere im 3D Fall) modulieren und ob bzw. unter welchen Voraussetzungen es zu einem Lock-In kommt. Dabei bedienen wir uns der in der ersten Projektphase etablierten Methode der wandmodellierten Large-Eddy-Simulation, erweitert um Formulierungen für bewegte Gitter zur Einbringung der Strukturbewegungen und Verformungen. Die Effizienz der Verfahren hoher Ordnung ermöglicht hier eine deutliche Steigerung der spannweitigen Auflösung und Größe gegenüber bisher berichteten Simulationen. Als weiteres Teilziel klären wir mit dieser Methodik im Vergleich zur ersten Phase inwieweit diese Vibrationen die Nachlauf-Höhenleitwerksinteraktion modulieren. Hierzu führen wir gekoppelte AZDES-LES-Simulationen der Gesamtwirkungskette von Flügel bis Höhenleitwerk inkl. Vibrationen mit unseren Teilprojektpartnern durch und charakterisieren erneut den Einfluss der Vibrationen auf der Gesamtskala. Ziel ist es somit, einen Beitrag zum grundlegenden physikalischen Detailverständnis zur Modulation von Buffet durch Strukturvibrationen zu leisten und diese Erkenntnisse auf die Wirkungskette Buffet – Nachlauf – Höhenleitwerk zu übertragen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
