Datenanalyse und Strömungsmodellierung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Andre Weiner
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406435057

Dreidimensionales transsonisches Buffet bezeichnet Stoßoszillationen an gepfeilten Tragflügeln, welche zu starken aeroelastischen Reaktionen an Verkehrsflugzeugen führen können. Charakterisiert sind diese kurzwelligen Stoßoszillationen durch Stoß-Grenzschicht-Interaktionen, welche sich von zirka einem Drittel spannweitiger Länge in Richtung Flügelspitze ausbreiten. Gleichzeitig zeigen sich in experimentellen Untersuchungen auch langwellige Stoßoszillationen, welche in entgegengesetzte Richtung, also von der Spitze hin zur Wurzel, laufen. Da der letztgenannte Effekt durch numerische Simulationen starrer Tragflügel bisher nicht reproduziert werden konnte, liegt der Verdacht nahe, dass es sich um ein aeroelastisches Phänomen handelt. Diesen Verdacht druch die Analyse experimenteller und numerischer Datensätze genauer zu untersuchen, ist das übergeordnete Ziel dieses Teilprojekts. Dazu werden eine Reihe von Analyse- und Modellierungswerkzeugen für Datenreduktion, modale Analyse, Synchronisationsanalyse und ordnungsreduzierte Strömungsmodellierung entwickelt und in die quelloffene flowTorch Bibliothek integriert. Um extrem große numerische Simulationen für die modale Analyse verwenden zu können, müssen die Daten zunächst reduziert werden, ohne die wesentliche Strömungsdynamik zu kompromittieren. Dazu wurde im Vorfeld eine angepasste Version des Sparse Spatial Sampling (S³) entwickelt, welche iterativ ein reduziertes Octree-Gitter erzeugt. Für den produktiven Einsatz muss die Effizienz der aktuellen S³ Implementierung weiter verbessert werden, was durch eine Überarbeitung kritischer Teile des Quellcodes mittels C/C++ geschieht. Das wesentliche Analysewerkzeug für die reduzierten numerischen und experimentellen Daten ist die Dynamic Mode Decomposition (DMD). In diesem Projekt soll eine angeepasste Version der DMD with Control (DMDc) zum Einsatz kommen, welche den Einfluss von Strukturvibrationen in der modalen Analyse berücksichtigt. Strukturvibrationen können nicht nur im Bereich der dominanten Buffet-Frequent sondern auch durch harmonische und triadische Interaktionen hervorgerufen werden. Die Synchronisation von Buffet-Frequenz oder Harmonischen und Strukturvibrationen wird durch ein erweitertes Stuart-Landau-Modell untersucht und modelliert. Um den kritischen Anstellwinkel- und Machzahlbereich des Buffet besser identifizieren zu können, wird dessen Modellierung durch die parametrische DMD (pDMD) und das Cluster-based Network Modelling (CNM) getestet. Alle zuvor erwähnten Entwicklungen (S³, DMDc, pDMD, CNM) werden mit umfangreicher Dokumentation, Unittests und Anwendungsbeispielen durch die eigene flowTorch Bibliothek nachhaltig veröffentlicht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2895: Erforschung instationärer Phänomene und Wechselwirkungen beim High-Speed Stall
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Sebastian Timme