Interferenzeffekte am Tragflügel mit Kipp- und Hub-Propeller-Anordnung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Breitsamter
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568155944

In den letzten Jahren wurde für das Anwendungsfeld „Urban Air Mobility“ mit Nutzung von „electrical Vertical Take-off and Landing“ (eVTOL)-Konfigurationen eine sehr große Bandbreite an Konfigurationsvarianten vorgeschlagen. Weltweit wird die Entwicklung von eVTOL-Fluggeräten verschiedener Nutzlastklassen für Güter- und Personentransport vorangetrieben. Davon befinden sich einige bereits in der Flugerprobung und der Nachweisführung bzgl. Zulassungsanforderungen. Die Funktionen Vortriebs- und Auftriebserzeugung können mittels kombinierter Propeller-/Rotor-Anordnungen, z.B. kippbare Vortriebs- und fixierte Hub-Propeller realisiert werden. Im vorliegenden Vorhaben sollen für eine generische Flügelkonfiguration mit Pylonstationen, die vor dem Flügel einen Kipp- und hinter diesem einen Hub-Propeller tragen, aerodynamische Daten und propellerspezifische Größen analysiert werden. Das übergeordnete Ziel besteht in einer Vertiefung des Verständnisses der Strömungsformen bei der Wechselwirkung von axial als auch lateral gestaffelter Kipp- und Hub-Propeller in Bezug auf den Übergang von Schwebe- zu Vorwärtsflug und deren Verknüpfung mit den aerodynamischen Eigenschaften und Stabilitätscharakteristiken. Dazu finden komplementäre experimentelle und numerische Simulationen statt. Im Windkanal werden an einem repräsentativen, skalierten Modell Kräfte, Momente, Druckverteilungen und Strömungsfelder zeitgenau erfasst. Anhand dieser Ergebnisse werden Rechnungen auf Basis Reynolds-gemittelter Navier-Stokes-Verfahren und partiell skalenauflösender Verfahren validiert und durch Zusammenführung der experimentellen und numerischen Daten eine möglichst umfassende Analyse ermöglicht. Diese soll die Interferenzeffekte beleuchten, die bei Kombination von Kipp- und Hubpropellern mit auftriebserzeugenden Flächen vorherrschen und maßgebend die aerodynamischen Eigenschaften und Längsstabilität einer derartigen Flügel-Propeller-Konfiguration beeinflussen. Besondere Bedeutung haben dabei instationäre aerodynamische Lasten hinsichtlich Schwankungsintensität und frequenzspezifischer Inhalte, die sich bei ausgeprägter Schräganströmung am Propeller unter Wechselwirkung mit der Flügelströmung sowie Strömungsinterferenz mit nachgelagerten Propellern ergeben. Für den sicheren Flugbetrieb sind die Strömungsablöseszenarien unter der Einwirkung interferierender Propellerströmungen von besonderer Relevanz. Insbesondere bei Einsätzen in dicht besiedeltem Gebiet sowie anspruchsvollen An- und Abflugszenarien sind gut beherrschbare Flugmanöver unabdingbare Voraussetzung. Aus dem Vorhaben resultiert somit im Sinne einer Grundlagenforschung eine umfangreiche Datenbasis, die die Eigenschaften von Kipp-/Hub-Propeller-Anordnungen offenlegt, insbesondere unter Berücksichtigung der speziellen Anströmsituationen unter zum Teil hohen Anstellwinkeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen