Autor: Tim Landa

Übersicht Diese Arbeit befasst sich mit der Simulation von Längswirbeln, die bei modernen Verkehrsflugzeugen in Hochauftriebskonfiguration auftreten und das aerodynamische Verhalten im Bereich des maximalen Auftriebs wesentlich beeinflussen. Aus diesem Grund ist eine genaue Vorhersage dieses Wirbelsystems im Entwurfsprozess erforderlich. Die Untersuchungen umfassen zwei unterschiedliche Testfälle, die jeweils einen Teil des gesamten charakteristischen Wirbelsystems realer Flugzeuge im Bereich des Triebwerks abbilden. Der erste Testfall ist ein generischer, schiebender Flügel mit einem Vorflügel und einer Fowler- Klappe, wobei der Vorflügel lediglich im äußeren Bereich ausgefahren ist. An der spannweitigen Schnittfläche des Vorflügels und am Absatz der Flügelvorderkante entstehen Wirbel, die entlang der Saugseite des Flügels verlaufen und hier das lokale Strömungsfeld wesentlich beeinflussen. Beim zweiten Testfall wird der Wirbel hinter einem angestellten Delta-Flügel untersucht. Die Größe, die Pfeilung und der Anstellwinkel des Delta-Flügels wurden so gewählt, dass der Wirbel in seinen Eigenschaften einem Gondelstrake-Wirbel ähnelt. Ein Fokus der Untersuchungen liegt auf der Bewertung der Fähigkeit verschiedener Ansätze zur Behandlung der Turbulenz, die Eigenschaften der unterschiedlichen Wirbel richtig abzubilden. Für beide Testfälle werden jeweils ein Wirbelviskositätsmodell (Menter-SST), ein Reynolds-Spannungsmodell (JHh-v2 / SSG/LRR-ω) und eine hybride RANS/LES-Methode verwendet. Zudem werden die Wirbeleigenschaften beim zweiten Testfall auch anhand von Stereo-PIV-Messungen im Rahmen eines Windkanalversuchs ermittelt. Es wird gezeigt, dass das Menter-SST-Wirbelviskositätsmodell in beiden Testfällen nicht in der Lage ist, die Wirbeleigenschaften richtig zu erfassen. Im Gegensatz dazu kann eine gute Übereinstimmung der mittleren Strömungseigenschaften des Wirbels zwischen den Reynolds-Spannungsmodellen und der skalenauflösenden Simulation im ersten Testfall und den Ergebnissen der Stereo- PIV-Messungen beim zweiten Testfall gezeigt werden. Die turbulenten Größen im Wirbel werden jedoch auch von den Reynolds-Spannungsmodellen unterschätzt. Hier zeigt die hybride RANS/LES-Methode eine gute Übereinstimmung mit den Messungen.