CAD-orientierte Simulationsverfahren höherer Ordnung in der Aerodynamik und Aeroelastizität

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dominik Schillinger
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326309100

Um Sicherheit und Funktion zukünftiger gewichtsoptimierter Luftfahrzeuge zu gewährleisten, ist die Integration von aerodynamischen und aeroelastischen Simulationen möglichst früh im Entwurfsprozess unverzichtbar. Dies erfordert einen nahtlosen Übergang von der CAD-Beschreibung zu einem physikalisch fundierten Simulationsmodell. Die hierzu gebräuchlichen Verfahren der Geometrieverarbeitung und -vernetzung sind oft zeitaufwändig, fehleranfällig und auf händische Intervention angewiesen. Dies verhindert einen raschen CAD-Simulationsübergang, mit erheblichen negativen Folgen für Kosten und Realisierungsdauer von Entwurfsprozessen in den Sektoren Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau.Das beantragte Projekt basiert auf der übergeordneten Hypothese, dass die geschickte Kombination von parametrischer Geometriemodellierung, isogeometrischer Strukturanalyse und Strömungssimulation (CFD) basierend auf Embedded Domain Verfahren diesen Übergang maßgeblich erleichtern kann. Während parametrische Methoden bereits in kommerziellen CAD-Werkzeugen verfügbar sind und die Isogeometrische Analyse auf dem Weg zu einer ausgereiften Simulationstechnologie ist, leiden Embedded Domain CFD Verfahren immer noch an erheblichen methodischen Lücken, die ihre zuverlässige und effiziente Anwendung für aerodynamische Simulationen hoher Genauigkeitsanforderung verhindern. Wichtige Beispiele dafür sind der negative Einfluss von Elementen mit kleinen Schnittflächen auf Konditionierung und Zeitschrittgröße, die niedrige Genauigkeitsordnung von Quadraturtechniken für geschnittene Elemente, suboptimale Genauigkeit der Lösungsfelder an Rändern, und das Fehlen geeigneter Algorithmen für die Umsetzung auf modernen heterogenen Rechnerarchitekturen. Das Ziel des beantragten Projekts ist deshalb die Entwicklung einer Reihe von neuen Methoden, um diese Lücken zu schließen und weitverbreitete Bedenken gegen den Einsatz von Embedded Domain Verfahren im CFD-Bereich auszuräumen. Die entwickelten Methoden bilden die Grundlage für eine neue Generation von Embedded Domain Verfahren, die robuste, effiziente und großskalige Strömungssimulationen höherer Genauigkeitsordnung ermöglichen.Darauf aufbauend entwickelt das beantragte Projekt die obengenannte Kombination moderner CAD- und Simulationsparadigmen dahingehend, einen einzigen Ingenieur in die Lage zu versetzen, eine größere Anzahl von Simulationen in kurzer Zeit zu entwerfen, durchzuführen und deren Ergebnisse zu interpretieren. Die Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit dieses Systems wird anhand anspruchsvoller aerodynamischer und aeroelastischer Simulationsprobleme aus der Luftfahrzeug- und Turbinenentwicklung untersucht, die dessen Potenzial für die weitere Automatisierung von CAD-Simulationsabläufen unter Industriebedingungen aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweden, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thomas Elguedj; Professor Adarsh Krishnamurthy, Ph.D.; Andre Massing, Ph.D.