Hi-Fi-Luftströmungssimulationen
Der Luftfahrtindustrie mangelt es an Zutrauen in die Genauigkeit von numerischen Methoden für die Berechnung der Strömungsdynamik (computational fluid dynamics, CFD), die an die Grenzen der Flugenveloppe heranreichen. Bestehende Algorithmen sind nach wie vor nicht angemessen, um die strengen Anforderungen im Zusammenhang mit der Veranschaulichung des maximalen Auftriebs und der Stabilität zu erfüllen. Auch wenn relativ große Wirbel genau reproduziert werden können, beinhaltet die Berechnung schwacher Turbulenzen Modellierungen, die bei Weitem nicht perfekt sind und die mit kostspieligen physikalischen Tests einhergehen. Zwischen beiden Extremen liegt ein Graubereich, in dem beide Testmethodologien kombiniert werden müssen. Das Projekt GO4HYBRID (Grey area mitigation for hybrid RANS-LES methods) zielte darauf ab, solche hybriden Large-Eddy-Simulationen (LES) und Reynolds-averaged Navier-Stokes-Methoden (RANS) zu verfeinern. Forscher untersuchten unterschiedliche Ansätze zur Verbesserung der prognostischen Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Der Fokus lag auf einer Verbesserung hybrider RANS-LES-Methoden, um diese im Gegensatz zu bestehenden Techniken, welche eine kanonische Grenzschicht oder einen einheitlichen Luftstrom voraussetzen, auf zufällige komplexe Geometrien anwenden zu können. Im Laufe des Drei-Jahres-Projekts erzielten die Forscher einen Durchbruch im Bereich komplexer CFD-Simulationen. Wesentliche Verbesserungen von Methoden wie z. B. individuelle Eddy-Simulationen haben einer verbesserten Zuverlässigkeit von Berechnungen zu Turbulenzstrukturen mit angemessenen Berechnungskosten die Türe geöffnet. Diese haben sich als geeignet für schwache individuelle Strömungen erwiesen, die typischerweise bei maximalen Auftriebsbedingungen entstehen. Zu den adressierten Herausforderungen zählt eine Auftriebsoptimierung unter Verwendung von turbulenzauflösenden Simulationen, die auf einer sehr großen Anzahl an Parametern basieren. Ferner entwickelten die Forscher eine neue Strategie zur Optimierung der Geräuschemissionsabschwächung für Verkehrsflugzeuge. Über eine Ausweitung der Möglichkeiten von RANS-LES-Methoden hat GO4HYBRID deren technologisches Reifeniveau und das Zutrauen der Luftfahrindustrie in die Prognosen der Methoden verbessert. Bedeutsamer Weise wird das Wissen, das über die Abschwächung des Graubereich-Problems erzielt wird, dazu beitragen, Entwurfszyklen und die Zeit bis zur Marktreife innovativer Flugzeugentwürfe zu verringern.
Schlüsselbegriffe
Testflüge, Flugzeugentwurf, aeronautisch, maximaler Auftrieb, GO4HYBRID, Eddy-Simulation
