Numerische Analyse des Einflusses von Triebwerksstörungen auf das Buffet-Phänomen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406435057

Die schallnahe Umströmung transsonischer Tragflügel ist durch das Auftreten eines lokalen Überschallgebietes charakterisiert, das durch einen Verdichtungsstoß abgeschlossen wird, dessen Stärke mit der Anströmmachzahl und dem Anstellwinkel zunimmt. Ab einer hinreichenden Stärke induziert der Stoß eine Ablösung, die bei bestimmten Flugbedingungen infolge der Interaktion zwischen der abgelösten Strömung und dem Stoß zu selbsterregten, periodischen Stoßschwingungen führt, die als Buffet bezeichnet werden. Das Phänomen des Buffet definiert für die Flugstabilität einen äußerst kritischen Lastzustand. Im Hinblick auf die zunehmende Bedeutung der virtuellen Flugerprobung sowie die notwendige Gewichtsoptimierung der tragenden Strukturen ist die exakte Vorhersage des Buffet sowie dessen Beeinflussung durch Störungen im Strömungsfeld essentiell. Durch die ökologisch und ökonomisch getriebene Entwicklung von modernen, effizienteren UHBR-Triebwerken (Ultra-High Bypass Ratio) mit wachsendem Durchmesser und deren enge Kopplung an den Flügel entstehen zunehmend instationäre, komplexe Wechselwirkungen zwischen Triebwerksstrahl und Tragflügelströmung, die eine entscheidende Bedeutung für die aerodynamische Integration des Triebwerks haben. Im Rahmen der zweiten Projektphase der FOR 2895 soll in TP1 der Einfluss der Einfluss der durch die Integration eines UHBR-Triebwerks eingebrachten Störungen und insbesondere der Einfluss des dazugehörigen Triebwerksstrahls bestehend aus dem heißen Kern- und dem kalten Mantelstrom analysiert werden. Einen wesentlichen Bestandteil der Untersuchungen stellt dabei die Analyse des aus der Umströmung der Hinterkante resultierenden akustischen Felds dar, welches ein zentrales Element gängiger Buffetmodelle ist und durch die Integration des Triebwerks maßgeblich beeinflusst wird. Um diesen Einfluss zu quantifizieren, werden in diesem Teilprojekt hochaufgelöste Simulationen des Strömungsfeldes und des resultierenden akustischen Feldes an der Airbus XRF-1-Konfiguration bei flugrelevanten Reynoldszahlen durchgeführt. Dazu wird ein direkt-gekoppelter Ansatz aus wandmodellierten Large-Eddy-Simulationen sowie der simultanen Lösung der Acoustic Perturbation Equations verfolgt. Zur detaillierten Analyse der auftretenden Dynamik wird in TP1 unter anderem auf die Empirical Mode Decomposition zurückgegriffen. Diese Methodik trifft keine Vorannahme bezüglich der mathematischen Form der untersuchten Dynamik und eignet sich dadurch hervorragend für die Analyse des hochgradig nichtlinearen transsonischen Strömungsfeldes, das dem Buffet-Phänomen zugrunde liegt. Die Durchführung der angestrebten Simulationen erfolgt in enger Abstimmung mit den Projektpartnern und der begleitenden ETW-Messkampagne statt. Es findet ein Daten- und Erkenntnisaustausch zwischen den Projektpartnern statt, um eine kohärente und vielschichtige Untersuchung des Buffet-Phänomens durchführen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2895: Erforschung instationärer Phänomene und Wechselwirkungen beim High-Speed Stall
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Meinke