Charakteristiken von Strömungs-Struktur-Interaktionen bei Einwirkung von Vorderkantenwirbelsystemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Breitsamter
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461402928

Schlanke Tragflügel mäßiger bis starker Vorderkantenpfeilung erzeugen ein System von Vorderkantenwirbeln zur Erzielung hoher Manövrierfähigkeit im Unter- und Transschall. Im hohen Anstellwinkelbereich erfahren die Vorderkantenwirbel eine Strukturveränderung in Form des Wirbelaufplatzens, welches mit einem stromab der Aufplatzstelle hoch turbulenten Strömungsfeld mit Konzentrationen der turbulenten kinetischen Energie in bestimmten Frequenzbereichen verbunden ist. Diese Strömungsform kann einerseits die sie erzeugende Tragfläche und andererseits stromab gelegene Komponenten wie Höhen- und/oder Seitenleitwerk zu starken Strukturschwingungen anregen. Dieses dynamische aeroelastische Problem wird als Buffeting bezeichnet, dessen Erregerkräfte im vorliegenden Fall aus den bei abgelöster Strömung und Wirbelaufplatzen vorherrschenden instationären Luftkräften resultieren. Relativ zur großen experimentellen und numerischen Datenbasis für Vorderkantenwirbelströmungen an quasi als starr zugrunde gelegten Flächen sind für die gekoppelte Betrachtung von instationärer Strömung und Strukturvibrationen nur sehr wenige Untersuchungen verfügbar. Das vorliegende Vorhaben soll daher durch komplementäre experimentelle und numerische Analysen an einer modular aufgebauten Modellkonfiguration die Wechselwirkung von Strömungs- und Strukturdynamik aufzeigen. Die Konfiguration besteht aus einem Doppeldeltaflügel zur Generierung eines interferierenden Vorderkantenwirbelsystems sowie Höhen- und Doppelseitenleitwerk. Der Modellaufbau sieht vor, Flügel- und Leitwerkskomponenten sowohl starr als auch strukturelastisch auszuführen und durch systematische Permutation den jeweiligen Beitrag in der Strömungs-Struktur-Wechselwirkung zu quantifizieren, um damit dominante Effekte in der aerodynamischen Anregungscharakteristik an strukturelastischen Flächen herauszuarbeiten. Die Ergebnisse schaffen eine bisher nicht verfügbare Datenbasis und tragen sowohl zu einer genaueren Vorgehensweise für den Flugzeugentwurf als auch für die numerische Vorhersagefähigkeit bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen