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Verbesserte Simulationsfunktionen für ein besseres Flugzeug-Design

In der Luftfahrtindustrie sind numerische Strömungssimulationen inzwischen ein Schlüsselelement im aerodynamischen Design-Prozess. Allerdings sind erhebliche Investitionen in die Verbesserung der Fähigkeiten und Werkzeuge der numerischen Simulationen zu verschiedenen Aspekten erforderlich, um den ehrgeizigen Zielen für den Flugverkehr der nächsten Jahrzehnte gerecht zu werden.
Verbesserte Simulationsfunktionen für ein besseres Flugzeug-Design
Die meisten aerodynamischen Simulationswerkzeuge in der Luftfahrtindustrie basieren vor allem auf Finite-Volumen-Verfahren. In den meisten Fällen erfordern realen Anwendungen wegen der Bindung an die Diskretisierung zweiter Ordnung von den zugrunde liegenden Grundgleichungen Dutzende oder Hunderte von Millionen Gitterpunkten, um genaue Lösungen zu ermöglichen und einen tiefen Einblick in komplexe Strömungsmerkmale bereitzustellen. In den letzten Jahren sind weltweit immer mehr Anstrengungen bei der Entwicklung von höherwertigen CFD-Verfahren gemacht worden. Im Vergleich zu dem niederwertigen Pendants bieten höherwertige Methoden großes Potenzial, entweder um die Vorhersagegenauigkeit im Zusammenhang mit Diskretisierungsfehler bei gegebenen Kosten zu erhöhen oder um den Rechenaufwand für eine gegebene Genauigkeit deutlich zu reduzieren. Aufgrund ihrer inhärenten hohen Komplexität erfordern höherwertige Simulationsmethoden jedoch erhebliche Investitionen, um sie zur industriellen Reife zu bringen.

Das übergeordnete Ziel des EU-finanzierten Projekts "Industrialisation of high-order methods – a top-down approach" (IDIHOM) war es, adaptive höherwertige Simulationsverfahren für Anwendungen in großem Maßstab für Analyse und Design im Flugzeugbau zu verbessern und weiterzuentwickeln. Das Projekt folgte einem Top-down-Ansatz, bei dem spezielle Erweiterungen und Verbesserungen des kompletten höherwertigen Simulationsrahmens, einschließlich Gittergenerierung, Strömungslöser-Effizienz und Strömungsvisualisierung, durch eine Reihe von zugrunde liegenden und anspruchsvollen Testfällen angetrieben wurden.

Die Testsuite umfasste turbulente stationäre und instationäre aerodynamische Strömungen und deckte äußere und innere Aerodynamik sowie aeroelastische und aeroakustische Anwendungen ab. Die anspruchsvollen von der Industrie definierten Anwendungsfälle bildeten die Grundlage für die Demonstration und Bewertung des aktuellen Stands der höherwertigen Verfahren als Zugpferd für industrielle Anwendungen.

IDIHOM sollte dabei helfen, die Lücke zwischen den derzeitigen Erwartungen an die Fähigkeiten höherwertiger Methoden und ihrem dringend benötigten Einsatz für industrielle realen Anwendungen zu schließen - ein Schritt zu verbesserten, genaueren und zeitsparenden Konstruktionsprozessen.

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Schlüsselwörter

Flugzeug-Design, numerische Methoden, höherwertige Methoden, Numerische Strömungsmechanik
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