Numerische Untersuchung der instationären Strömungss trukturen im Nachlauf von Tragflügeln mit Gurney-Flaps

Kleine parallel zur Hinterkante von Tragflügeln montierte Klappen, sog. Gurney-Flaps, wurden zunächst in der Fahrzeugaerodynamik entwickelt, haben sich jedoch auch in der Luftfahrt als nützliche Hilfsmittel erwiesen, um den Auftrieb bei minimalem konstruktiven Aufwand zu vergrö"sern. Dies kann sowohl im Reiseflug als auch unter Hochauftriebsbedingungen bei Start und Landung erfolgen, da sich Gurney-Flaps mit konventionellen Klappensystemen kombinieren lassen. Ihre integrale Wirkung auf die Strömung wurde bereits ausführlich experimentell und numerisch Untersucht (z.B. [4]). Auch als Werkzeug zur Strömungskontrolle können sie %eine adaptive Anpassung an aktuelle Flugzustände erscheint wegen der minimalen Grö"se der zu bewegenden mechanischen Teile verwendet werden [3].
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich zwar der Auftrieb vergrö"sern lässt, was aber stets mit einem Anstieg des Widerstands verbunden ist. Ein Grund dafür liegt in der Ausbildung von Instabilitäten im Nachlauf der Klappen, die auch zu verstärkter Lärmentwicklung führen [2]. Zwar werden von Bechert u.a. [1] Vorschläge gemacht, wie sich Widerstand und Lärm vermindern lassen, die Details der sich im Bereich der Gurney-Flap ausbildenden Strömung sind jedoch nach wie vor nicht geklärt.
Im Rahmen dieser Arbeit soll deshalb das instationäre Strömungsfeld hinter einer Gurney-Flap mit Hilfe einer numerischen Simulation untersucht werden, um die Strömungsphänomene zu verstehen und daraus verbesserte Beeinflussungskonzepte zu entwickeln.

Ausgehend von den vorgegebenen Literaturstellen soll zunächst recherchiert werden, ob sich in der jüngsten Vergangenheit Arbeiten mit ähnlichen Fragestellungen beschäftigt haben. Die Simulationen sollen mit Hilfe des am HFI entwickelten Programmpakets ELAN2 für zweidimensionale Strömungen durchgeführt werden und sowohl stationäre als auch instationäre Untersuchungen einer Konfiguration mit und ohne Klappe beinhalten. Die turbulenten Austauschvorgänge werden dabei mit Hilfe statistischer Turbulenzmodellierung auf Basis der Reynoldsgemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) erfasst.
Ziel ist es, die Strömungsstrukturen im Nachlauf der Gurney-Flaps zu beschreiben sowie die Frage zu klären, bei welchen Strömungsparametern (Anstellwinkel, Höhe des Gurney-Flaps, Transition) es zu Instabilitäten kommt. Dafür sollen geeignete Visualisierungen erstellt und ausgewertet werden.

Die Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren und kritisch zu diskutieren.

Literaturhinweise:
[1] D.W. Bechert, R. Meyer, W. Hage, Drag Reduction of Airfoils with Miniflaps. Can we learn from Dragonflies?, AIAA Paper 2000-2315, 2000.
[2] D. Jeffrey, X. Zhang, Aerodynamics of Gurney Flaps on a Single-Element High-Lift Wing, Journal of Aircraft, Vol. 37, No. 2, 2000.
[3] D.T. Yen, C.P. van Dam, R.L. Smith, S.D. Collins, Active Load Control For Wind Turbine Blades Using MEM Translational Tabs, AIAA Paper 2001-0031, 2001.
[4] C.S. Jang, J.C. Ross, R.M. Cummings, Numerical investigation of an airfoil with a Gurney flap, Journal of Aircraft Design, Vol. 1, pp. 75--88, 1998.


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Last modified: Wed Feb 04 15:50:50 CEST 2004