Modellierung von Wirbelströmungen im Nachlauf von Flugzeugen

Abstract

Die Wirbelschleppe eines Flugzeugs wird normalerweise als negativen Effekt der Auftriebserzeugung angesehen, da sie zu induziertem Widerstand und zur Gefährdung für nachfolgende Flugzeuge führt. Jedoch kann die Wirbelschleppe im Formationsflug positiv genutzt werden, indem das Folgeflugzeug am äußeren Rand der Wirbelschleppe den induzierten Aufwind nutzt, um Schub und damit Kraftstoff einzusparen. Ziel dieser Studienarbeit ist es, ein Simulationsmodell der Wirbelschleppe des Erzeugerflugzeugs zu erstellen, um damit den Formationsflug simulieren zu können und eine Automatisierung und die Kraftstoffersparnis analysieren zu können. Für das Simulationsmodell der Wirbelschleppe werden verschiedene Ansätze betrachtet, welche in ihrer Güte, Komplexität und Einsetzbarkeit für die Echtzeitsimulation bewertet werden. Für den Ansatz 1 wird die Wirbellinie als geradlinig und unendlich lang betrachtet, wodurch die Berechnung des Geschwindigkeitsfelds in der 2D-Ebene durchgeführt werden kann. Bei dem Ansatz 2 wird die komplette Wirbellinie diskretisiert und in einzelne Wirbelsegmente unterteilt. Für jedes Wirbelsegment wird der Einfluss der induzierten Geschwindigkeit in einem frei wählbaren Punkt P berechnet. Ansatz 2 weist daher im Gegensatz zu Ansatz 1 eine höhere Komplexität auf. Für verschiedene Flugmissionen (Geradeausflug oder Kurvenflug) variiert auch die Genauigkeit und Güte, wobei sich je nach Anwendungsfall Vor- und Nachteile für beide Ansätze ergeben.