Implementierung einer allgemeinen Transformationsvorschrift in den Navier-Stokes-Löser FLOWer für die einfache Vorgabe von Drehachsen und Gelenkpositionen zur Strömungssimulation um Hubschrauber

Abstract

Das CFD-Verfahren FLOWer wird beim DLR für die Berechnung von Strömungen um Hubschrauberrotoren im schnellen Vorwärtsflug eingesetzt. Mit der bisher implementierten Transformationsvorschrift ist die Beschreibung der Blattbewegungen nur sehr eingeschränkt möglich. In der vorliegenden Diplomarbeit wird das Programm FLOWer um eine allgemeine Transformationsvorschrift erweitert, so dass beliebige Drehachsen und Gelenkpositionen vorgegeben werden können. In der neu implementierten Transformationsvorschrift können beliebig viele Koordinatensysteme für die Beschreibung von Bewegungen verwendet werden. Durch den Einsatz von homogenen Koordinaten und homogenen Transformationen lässt sich die gesamte Transformationsvorschrift als Produkt von Matrizen gleichen Typs formulieren. Die Transformationsvorschrift wird in einer einzigen Matrix zusammengefasst, was die Handhabung erheblich vereinfacht. Mit ausgewählten Beispielrechnungen wird die Richtigkeit der neu implementierten Transformationsvorschrift überprüft. Zunächst werden Rechnungen mit isolierten Rotorblättern und Rotoren, jeweils mit und ohne Schlaggelenksabstände, durchgeführt. Die Resultate werden mit dem bekannten Ergebnissen der bisherigen Transformationsvorschrift verglichen. Abschließend wird ein sogenannter Flettner-Rotor untersucht, der aus zwei geneigten Rotoren mit unterschiedlichen Drehrichtungen besteht. Die neu implementierte Transformationsvorschrift ermöglicht mit FLOWer erstmals die Untersuchung eines derartigen Testfalls.