Aktive Strömungskontrolle zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Außenflügeln
Seiten
2019
|
1
Technische Uni Braunschweig NFL (Verlag)
978-3-947623-18-1 (ISBN)
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1.Kurzfassung der Dissertation
Tragflügel moderner Transport-Flugzeuge werden vornehmlich für den Reiseflug optimiert, da dieser den größten Anteil an der gesamten Flugzeit einnimmt. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Optimierung ist die Auslegung des Außenflügels, der den induzierten Widerstand minimiert. Es zeigt sich jedoch, dass gerade dieses Element im Start-Segment eine abgelöste Strömung aufweist und somit einen hohen Anteil am Widerstand hat. Die Folgen hieraus spiegeln sich vor allem in größeren Triebwerken, einem höheren Kraftstoffverbrauch sowie einem daraus resultierend größeren Abfluggewicht wider. In der vorliegenden Arbeit werden pneumatische Wirbelgeneratoren zur Kontrolle der Strömungsablösung eingesetzt, um diese zu höheren Anstellwinkeln zu verschieben.
Um die aktiven Strömungskontrollsysteme für die hochgradig dreidimensionale Konfiguration auszulegen, werden numerische Strömungsanalysen eines Außenflügels im Windkanal durchgeführt. Eine genaue Beschreibung der theoretischen Grundlagen zu diesen Simulationen erfolgt im Kapitel 2. Vor allem sind die Turbulenz-Modellierung sowie die Chimera-Technik entscheidende Bausteine zur Vergleichbarkeit der durchgeführten Simulationen.
Basierend auf den Ergebnissen der numerischen Strömungssimulation der Basisströmung (Kapitel 4) erfolgt eine Auslegung der spannweitigen Position der pneumatischen Wirbelgeneratoren. Dabei wurden verschiedene Ansätze zur Ausrichtung und Positionierung der Aktuatoren werden berücksichtigt (Kapitel 6).
Ausgiebige Untersuchungen verschiedener Varianten des Aktuator Systems wurden an einem verkleinerten, leicht geänderten Modell im Modell-Unterschallwindkanal (MUB) durchgeführt (Kapitel 7). Aus diesen Untersuchungen konnte die effizienteste Variante identifiziert werden. Diese wurde für Untersuchungen dem DNW-NWB an einem industrierelevanten Modell aufgearbeitet und in das originale Modell integriert. Die Ergebnisse aus den Experimenten im DNW-NWB zeigen, dass ebenfalls an diesem Modell die Effizient gesteigert werden kann (Kapitel 8), jedoch nicht die Erwartungen aus den MUB Untersuchungen erfüllt wurden (Kapitel 9). Die Gründe für diese Unterschiede wurden im Detail diskutiert und sind vor allem auf den Aufbau der zwei Experimente im MUB und DNW-NWB zurückzuführen. 2.Short version of the dissertation
Today’s transport aircraft wings are optimized substantially for cruise flight conditions. The major goal is to reduce the induced drag by thin wing extensions including wing tip devices. Especially winglets haven been proved to be very effective in respect to reduce the induced drag. However, it appears that these devices lead to a strong separated flow at the outer wing during take-off and thus the overall drag is noticeably increased. The consequences are larger engines, higher fuel consumption and as a result a higher MTOW. In the present work pneumatic vortex generators are used to control and delay the flow separation at high angles of attack.
In order to design the active flow control systems for the highly three-dimensional configuration, numerical flow analyses of an outer wing including the wind tunnel are carried out. A detailed description of the theoretical background of these simulations is given in chapter 2, whereas the turbulence modelling as well as Chimera technology are the essential building blocks for the comparability of the simulations.
Based on the results of the numerical flow simulation of the baseline flow (chapter 4), the design of the spanwise position of the pneumatic vortex generators is done. Various approaches of aligning and positioning of the actuators have been taken into account (Chapter 6).
Extensive investigations of different variants of the actuator system were carried out on a scaled and slightly modified model in the MUB (Chapter 7). The most efficient variant could be identified from these investigations. This was adapted for the DNW-NWB for an industry-relevant model and integrated into it. The results from the experiments in the DNW-NWB show that the efficiency of this model can also be increased (Chapter 8), but that the expectations from the MUB investigations have not been fulfilled (Chapter 9). The reasons for these differences were discussed in detail and are mainly due to the setup of the two experiments in the MUB and DNW-NWB.
Tragflügel moderner Transport-Flugzeuge werden vornehmlich für den Reiseflug optimiert, da dieser den größten Anteil an der gesamten Flugzeit einnimmt. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Optimierung ist die Auslegung des Außenflügels, der den induzierten Widerstand minimiert. Es zeigt sich jedoch, dass gerade dieses Element im Start-Segment eine abgelöste Strömung aufweist und somit einen hohen Anteil am Widerstand hat. Die Folgen hieraus spiegeln sich vor allem in größeren Triebwerken, einem höheren Kraftstoffverbrauch sowie einem daraus resultierend größeren Abfluggewicht wider. In der vorliegenden Arbeit werden pneumatische Wirbelgeneratoren zur Kontrolle der Strömungsablösung eingesetzt, um diese zu höheren Anstellwinkeln zu verschieben.
Um die aktiven Strömungskontrollsysteme für die hochgradig dreidimensionale Konfiguration auszulegen, werden numerische Strömungsanalysen eines Außenflügels im Windkanal durchgeführt. Eine genaue Beschreibung der theoretischen Grundlagen zu diesen Simulationen erfolgt im Kapitel 2. Vor allem sind die Turbulenz-Modellierung sowie die Chimera-Technik entscheidende Bausteine zur Vergleichbarkeit der durchgeführten Simulationen.
Basierend auf den Ergebnissen der numerischen Strömungssimulation der Basisströmung (Kapitel 4) erfolgt eine Auslegung der spannweitigen Position der pneumatischen Wirbelgeneratoren. Dabei wurden verschiedene Ansätze zur Ausrichtung und Positionierung der Aktuatoren werden berücksichtigt (Kapitel 6).
Ausgiebige Untersuchungen verschiedener Varianten des Aktuator Systems wurden an einem verkleinerten, leicht geänderten Modell im Modell-Unterschallwindkanal (MUB) durchgeführt (Kapitel 7). Aus diesen Untersuchungen konnte die effizienteste Variante identifiziert werden. Diese wurde für Untersuchungen dem DNW-NWB an einem industrierelevanten Modell aufgearbeitet und in das originale Modell integriert. Die Ergebnisse aus den Experimenten im DNW-NWB zeigen, dass ebenfalls an diesem Modell die Effizient gesteigert werden kann (Kapitel 8), jedoch nicht die Erwartungen aus den MUB Untersuchungen erfüllt wurden (Kapitel 9). Die Gründe für diese Unterschiede wurden im Detail diskutiert und sind vor allem auf den Aufbau der zwei Experimente im MUB und DNW-NWB zurückzuführen. 2.Short version of the dissertation
Today’s transport aircraft wings are optimized substantially for cruise flight conditions. The major goal is to reduce the induced drag by thin wing extensions including wing tip devices. Especially winglets haven been proved to be very effective in respect to reduce the induced drag. However, it appears that these devices lead to a strong separated flow at the outer wing during take-off and thus the overall drag is noticeably increased. The consequences are larger engines, higher fuel consumption and as a result a higher MTOW. In the present work pneumatic vortex generators are used to control and delay the flow separation at high angles of attack.
In order to design the active flow control systems for the highly three-dimensional configuration, numerical flow analyses of an outer wing including the wind tunnel are carried out. A detailed description of the theoretical background of these simulations is given in chapter 2, whereas the turbulence modelling as well as Chimera technology are the essential building blocks for the comparability of the simulations.
Based on the results of the numerical flow simulation of the baseline flow (chapter 4), the design of the spanwise position of the pneumatic vortex generators is done. Various approaches of aligning and positioning of the actuators have been taken into account (Chapter 6).
Extensive investigations of different variants of the actuator system were carried out on a scaled and slightly modified model in the MUB (Chapter 7). The most efficient variant could be identified from these investigations. This was adapted for the DNW-NWB for an industry-relevant model and integrated into it. The results from the experiments in the DNW-NWB show that the efficiency of this model can also be increased (Chapter 8), but that the expectations from the MUB investigations have not been fulfilled (Chapter 9). The reasons for these differences were discussed in detail and are mainly due to the setup of the two experiments in the MUB and DNW-NWB.
| Erscheinungsdatum | 28.06.2019 |
|---|---|
| Reihe/Serie | NFL-Forschungsberichte ; 2019-04 |
| Verlagsort | Braunschweig |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 209 mm |
| Themenwelt | Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik |
| Schlagworte | Aktive Strömungskontrolle • Aktive Strömungskontrolle • Fluidische Wirbelgeneratoren • Winglet |
| ISBN-10 | 3-947623-18-6 / 3947623186 |
| ISBN-13 | 978-3-947623-18-1 / 9783947623181 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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