Berechnung von Strömungsfeldern um Hubschrauberrotoren im Vorwärtsflug durch die Lösung der Euler-Gleichungen

Kurzfassung

Ein numerisches Verfahren zur Berechnung der instationären dreidimensionalen Strömung um isolierte Rotoren im schnellen Vorwärtsflug wird vorgestellt. Das Verfahren basiert auf den Euler-Gleichungen, die in ein blattfestes bewegtes Koordinatensystem transformiert wurden. Die Gleichungen werden so gelöst, daß die freie Anströmung exakte Lösung des resultierenden diskreten Verfahrens ist. Der Rotor wird als ein System von mehreren relativ zueinander bewegten Starrkörpern (Rotorblättern) aufgefaßt. Die Diskretisierung des Raumes erfolgt mit überlappenden Netzen (Chimären-Technik). Zusätzlich zu einem expliziten Runge-Kutta-Zeitschrittverfahren wurde ein implizites Zeitschrittverfahren implementiert (Duales Zeitschrittverfahren). Das Chimären-Verfahren wurde durch diverse Beispielrechnungen überprüft. Besonderes Augenmerk wurde auf Anwendung für Rotoren im schnellen Vorwärtsflug gelegt. Mit Ausnahme der Berechnung der Umströmung eines Rotors im langsamen Vorwärtsflug ergab sich in allen Fällen eine gute Übereinstimmung der Chimären-Ergebnisse sowohl mit den Meßwerten als auch mit numerischen Vergleichslösungen. Die genaue Vorhersage der Umströmung von Rotoren im langsamen Vorwärtsflug mit starken Blatt-Wirbel-Interaktionen (BVI) erfordert mit dem vorliegenden Verfahren extrem feine Netze, die zu unakzeptablen Rechenzeiten führen würden.