Aerodynamischer Entwurf von Wellenreiter-Konfigurationen für Hyperschallflugzeuge

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode zur Definition von Körperkonturen für Hyperschallflugzeuge nach dem Wellenreiterprinzip. Nachdem in der Vergangenheit vor allem die Entwicklung von Entwurfsverfahren sowie die aerodynamische Optimierung von Wellenreitern vorangetrieben wurde, ermöglicht der hier eingeführte Ansatz zur Anwendung des Wellenreiterkonzeptes auch die Berücksichtigung der wesentlichen geometrischen und aerodynamischen Randbedingungen einer Hyperschallreichweitenmission. Basierend auf Nachrechnungen mit Vorentwurfs-, Euler- und Navier-Stokes-Verfahren wird zunächst das Verfahren von nach dem Osculating-Cone-Prinzip entworfenen Wellenreitern im gesamten Über- und Hyperschall betrachtet. Die Resultate erlauben eine Beurteilung des Verhaltens bezüglich der aerodynamischen Beiwerte und der Strömungsfelder. Weiterhin liefern die Ergebnisse die Einflüsse von Machzahl, Anstellwinkel, einer Abstumpfung der Vorderkante und zahlreicher weiterer Geometrieparameter. Für Unterschallvorderkanten ist dagegen gegenüber dem Hyperschallbereich ein Leistungsanstieg zu verzeichnen, der durch Saugspitzen und Vorderkantenwirbel entsteht. Durch die Nutzung dieser Resultate lassen sich die konfigurativen Vorteile von Wellenreitern mit sehr hoher Entwurfsmachzahl auf den Flug bei niedrigen Machzahlen übertragen. Ein Anwendungsbeispiel für den Entwurf der Unterstufe eines zweistufigen Orbitalsystems belegt, daß im Vergleich zu herkömmlichen Blended-Body-Kombinationen signifikante Verbesserungen erzielt werden können.