Numerische Strömungssimulation von Schlitzvariationen bei tangentialem Ausblasen über dem Ruder an einem gepfeilten Seitenleitwerk unendlicher Streckung

Abstract

In dieser Arbeit erfolgt die numerische Simulation von Schlitzvariationen bei tangentialem Ausblasen über dem ausgeschlagenen Ruder einer 2,5D-Seitenleitwerksgeometrie. Ziel ist die Steigerung des maximal erreichbaren Seitenkraftbeiwertes bei einem möglichst geringen Ausblasekoeff�zienten. Es erfolgt die Variation der Schlitzbreite und Schlitzanzahl auf einer gewählten Spannweite und die Generierung hybrider Netze mit strukturierten Bereichen. Ohne Strömungskontrollmaßnahmen ist die Strömung auf dem Ruder fast vollständig abgelöst. Anhand stationärer RANS-Simulationen mit dem DLR TAU-Code wird gezeigt, dass die Ablösung der Strömung vom Ruder durch kontinuierliches Ausblasen verhindert werden kann. Für jede Schlitzvariation werden drei unterschiedliche Strahlgeschwindigkeiten untersucht und mit einem durchgehenden Schlitz verglichen. Bei der Simulation diskreter Schlitze entsteht an jedem Schlitz ein gegensinnig rotierendes Wirbelpaar. Damit es sich vollständig ausbildet, dürfen die Schlitze nicht zu nah zueinander stehen. Wird der Abstand jedoch zu groß, so decken die Wirbel nicht die gesamte Spannweite ab. Beide Effekte vermindern die Effizienz der Ausblasung. Verglichen mit dem durchgehenden Schlitz kann bei diskreten Schlitzen der zur Steigerung des Seitenkraftbeiwertes um etwa 57% benötigte Ausblasekoeffi�zient auf die Hälfte und der benötigte Massenstrom auf fast ein Drittel reduziert werden. Bei einem gleichen Ausblasekoe�ffizienten liefert immer die Konfiguration die höchste Effizienz, die kleine Schlitze mit einer hohen Strahlgeschwindigkeit kombiniert. Zusätzlich werden numerische Einflüsse etwa durch die periodische Randbedingung, unterschiedliche Aktuatorrandbedingungen und die Netzfeinheit untersucht.