FOR 1066:  Simulation des Überziehens von Tragflügeln und Triebwerksgondeln

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 62584147

Flugzeuge für den Transport von Menschen oder Gütern sind generell nur für einen bestimmten, durch physikalische Randbedingungen festgelegten Bereich ausgelegt. In diesem Bereich muss der sichere Flug gewährleistet sein. Gegenüber der Flugsicherheit sind Flugleistungen, operationelle Kosten und Umweltbelastungen nachrangig, können aber wesentlich durch die Veränderung der Grenzen des fliegbaren Bereichs beeinflusst werden. Deswegen ist es von großer Bedeutung, das Verhalten von Transportflugzeugen an den Flugbereichsgrenzen zu kennen und diese unter Beibehaltung der Flugsicherheit erweitern zu können. Während experimentelle Erprobungen im Flug sehr teuer und oft auch mit beträchtlichen Risiken behaftet sind, eröffnen die Fortschritte in der numerischen Simulation sowohl für die Flugzeugentwicklung als auch für die Flugerprobung die Perspektive zu neuen Erkenntnissen.
Einer der physikalischen Mechanismen, aufgrund derer der Flugbereich eines Verkehrsflugzeugs begrenzt wird, ist das Überziehen von Tragflügel und Höhenleitwerk im Langsamflug. Hier werden validierte, mathematische Modelle und effiziente numerische Algorithmen zur Strömungssimulation benötigt, mit denen man den maximalen Auftrieb von Tragflügeln und Leitwerken und das dynamische Verhalten beim Überziehvorgang berechnen kann. In den Simulationen soll zum ersten Mal auch der Einfluss meteorologischer Störungen der Zuströmung betrachtet werden. Wesentlich sind auch Flugzustände mit Strömungsablösungen im Triebwerkseinlauf, bei denen insbesondere der Fan und die ersten Verdichterstufen durch die Inhomogenität der Einlaufströmung überbeansprucht werden können.
Die Forschergruppe strebt eine wissenschaftlich fundierte Simulationsmethodik an, mit der diese Grenzbereiche behandelt werden können. Während numerische Simulationsmethoden für Anwendungen im Flugzeugentwurfspunkt weit entwickelt und so in der industriellen Flugzeugentwicklung genutzt werden, sollen hier mit interdisziplinären, hochwertigen Simulationen die komplexen Wechselwirkungen der verschiedenen Effekte untereinander berücksichtigt werden. Diese Herausforderung ist nur durch eine enge Kooperation zu bewältigen. Die Vorhaben sollen die wissenschaftlichen Erkenntnisse und Methoden für hochgenaue Simulationen von Außenumströmung und angetriebenen Triebwerksgondeln in den Grenzbereichen des Fluges erarbeiten. In den Transferprojekten dieser Forschergruppe beteiligen sich die Firmen Rolls-Royce Deutschland und Airbus an der Validierung der numerischen Simulationsmethoden durch Bereitstellung von Hardware und Messzeit in Versuchsanlagen sowie mit Ressourcen für numerische Simulationen zur Demonstration des Entwicklungsstands und der Anwendungspotenziale.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Experimentelle und numerische Untersuchung von gestörter Triebwerks-Einlaufströmung und deren Interaktion mit einem Triebwerks-Fan (Antragsteller Schiffer, Heinz-Peter )
• Experimentelle Untersuchung des Überziehverhaltens eines 2-Element-Profils mit 2D- und 3D-Störungen der Zuströmung (Antragsteller Radespiel, Rolf )
• Koordination der Forschungsgruppe 1066 (Antragsteller Radespiel, Rolf )
• Numerische Modellierung der Strömung in einem Triebwerks-Fan bei inhomogenen Zuströmbedingungen (Antragsteller Niehuis, Reinhard )
• Numerische Simulation des Überziehens von Triebwerkseinläufen im Niedergeschwindigkeitsbereich mit Reynolds-Spannungsmodellen der Turbulenz (Antragsteller Radespiel, Rolf )
• Numerische Simulation zur Wechselwirkung der Atmosphäre mit der Tragflügelumströmung (Antragsteller Bange, Jens ;  Raasch, Siegfried )
• Numerische Studien zum Einfluss turbulenter Zuströmung auf die instationäre Aerodynamik von Tragflügeln und die Entwicklung des Nachlaufs (Antragsteller Lutz, Thorsten )
• Simulationsmethodik für den überzogenen Flugzustand bei gestörter Zuströmung mit DES (Antragsteller Knopp, Tobias )
• Simulationsmethodik zur Berechnung von Böenlasten an Flugzeugen (Antragsteller Heinrich, Ralf )
• Untersuchung der Wirbeldynamik beim Überziehen von Triebwerksgondeln mit zeitauflösenden Messverfahren (Antragsteller Kähler, Christian Joachim )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Rolf Radespiel