Numerische Simulation der dreidimensionalen Strömungsstrukturen bei aerodynamischen Klappenkonfigurationen

Die Gefieder bestimmter Vogelarten besitzen spezielle Deckfedern, die sich im Bereich hoher Anstellwinkel und geringer Fluggeschwindigkeiten von selbst aufrichten und auf diese Weise ähnlich wie Klappensysteme die Funktion einer Hochauftriebshilfe übernehmen. Im Rahmen experimenteller Studien [1] wurde die Wirkungsweise sowie der Mechanismus des Aufrichtens dieser Federn untersucht und ihr Effekt in Form beweglicher Rückstromklappen, die sich auf die Flügel von Segelflugzeugen montieren lassen, nachempfunden [2]. Dabei wurde auch die Anwendbarkeit des Prinzips in technischen Zusammenhängen nachgewiesen.
Zur detaillierten Betrachtung der strömungsphysikalischen Vorgänge bei der Umströmung eines Flügels, der mit solchen frei beweglichen Klappen ausgestattet ist, wurden numerische Untersuchungen durchgeführt, die sich jedoch stets auf den zweidimensionalen Fall einer Rückstromklappe auf einem HQ17 Tragflügelprofil beschränkten [3]. Im Rahmen dieser Arbeit sollen ausgehend von den vorhandenen Ergebnissen weiterführende dreidimensionale Strömungssimulationen durchgeführt werden, um den zweidimensionalen Ansatz zu überprüfen und zu untersuchen, in welcher Weise die für das Öffnen und Schließen der Klappe relevanten Strömungsstrukturen, von dreidimensionalen Effekten abhängig sind.
Ausgehend von den vorgegebenen Literaturstellen soll zunächst untersucht werden, ob sich in der jüngsten Vergangenheit Arbeiten mit ähnlichen Fragestellungen beschäftigt haben. Die Strömungssimulation soll stationäre und instationäre Untersuchungen von Konfigurationen mit und ohne Klappe beinhalten. Die turbulenten Austauschvorgänge sollen dabei mit Hilfe statistischer Turbulenzmodellierung auf Basis der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) erfasst werden. Dafür soll zunächst das Programmpaket ELAN3 [4] derart erweitert werden, dass damit eine Vorhersage der integralen aerodynamischen Strömungsparameter wie Auftriebs-, Widerstands- und Momentenbeiwert möglich ist, sowie weitere für die Auswertung relevante Größen wie die Luftkraft auf die Klappe betrachtet werden können.
Ziel ist es, die dreidimensionalen Strömungsstrukturen zu identifizieren und zu beschreiben. Dafür sollen insbesondere geeignete Visualisierungen erstellt werden. Im Vergleich zu zweidimensionalen Simulationen soll danach der Einfluß der Dreidimensionalität auf die aerodynamischen Beiwerte, die Druckverteilung sowie der auf die Klappe wirkenden Luftkräfte untersucht werden.

Die Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren und kritisch zu diskutieren.

Literaturhinweise:
[1] G. Patone, W. Müller, Aeroflexible Oberflächenklappen als ''Rückstrombremsen'' nach dem Vorbild der Deckfedern des Vogelflügels, Technical Report TP-96-05, TU-Berlin, 1996.
[2] R.K.J. Meyer, Experimentelle Untersuchungen von Rückstromklappen auf Tragflügeln zur Beeinflussung von Strömungsablösungen, Dissertation, TU-Berlin, 2000.
[3] M. Schatz, Numerische Simulation der Beeinflussung instationärer Strömungsablösung durch frei bewegliche Rückstromklappen auf Tragflügeln, Dissertation, TU-Berlin, 2003.
[4] L.P. Xue, Entwicklung eines effizienten parallelen Lösungsalgorithmus zur dreidimensionalen Simulation komplexer turbulenter Strömungen, Dissertation, TU-Berlin, 1998.
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Last modified: Sun Apr 30 15:50:50 CEST 2000