TU BRAUNSCHWEIG

Motivation

Die Vorhersagegenauigkeit des maximalen Auftriebes von aerodynamischen Profilen in einem weiten Reynoldzahlbereich ist Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz numerischer Strömungslöser. Da mit zunehmendem Anstellwinkel die Zunahme des Auftriebs praktisch immer durch Strömungablösungen begrenzt wird, ist die wirklichkeitsgetreue Wiedergabe des Ablöseverhaltens in der numerischen Simulation von entscheidender Bedeutung. In Abhängigkeit von der Profilform und der Reynoldszahl kann man große Unterschiede bei den Strömungsablösungen beobachten. Nicht alle Arten von Strömungsablösungen an Profilen können von heutigen Strömungslösern auf der Grundlage der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen (RANS) wiedergegeben werden. Als Beispiel sei der sog. Leading-Edge Stall genannt, bei dem die laminare Strömung in der Nähe der Profilnase ablöst. Bei mäßigen Anstellwinkeln legt sich die Strömung aufgrund der kurz darauf einsetzenden Transition als turbulente Grenzschicht wieder an. Das so geschlossene, kleine Gebiet abgelöster Strömung wird Ablöseblase genannt (s.u.). Da die Ablöseblase für mäßige Anstellwinkel ihre Größe und Lage nur geringfügig ändert, wirkt sie sich zunächst auch nicht nennenswert auf die Auftriebskurve aus.

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Im Bereich höherer Anstellwinkel zeigt die Ablöseblase dann ein zunehmend instationäres Verhalten und ab einem bestimmten Moment gelingt ein Wiederanlegen der turbulenten Strömung nicht mehr. Das "Aufplatzen" der Ablöseblase führt zu einem Strömungsabriß über die gesamte Profiloberseite, was einen unerwünschten, abrupten Verlust des Auftriebs bedeutet.
Eine aussagekräftige Simulation der Strömung um Profile mit Leading-Edge Stall müsste also die Transitionsvorhersage in Ablöseblasen und bei instationärer Berechnung der Strömung beherrschen. Heutige RANS-Strömungslöser können diese Voraussetzung nicht erfüllen.

Projektbeschreibung

Das internationale Forschungsprojekt
RANS Simulation of Reyolds Number Effects on Airfoil Stall
zwischen dem Institute of Aerospace Research, NRC, Canada, dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt, DLR Braunschweig und dem Institut für Strömungsmechanik der Universität Braunschweig hat zum Ziel, die RANS-Strömungslöser der Projektpartner auf Basis der linearen Stabilitätstheorie um die Fähigkeit der Transitionsvorhersage auch bei instationären Strömungen zu erweitern, so dass der Leading-Edge Stall vorhergesagt werden kann. Zur Validierung und Kalibrierung der neuen Modelle werden hochaufgelöste Particle-Image-Velocimetry-Messungen an dedizierten Windkanalmodellen herangezogen. Der erzielte Fortschritt wird über Veröffentlichungen und die industrielle Anwendungen der Strömungslöser weitergegeben.


  aktualisiert am 03.05.2017
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