Rechnerische Ermittlung des Flüssigwassergehaltes in Rumpfnähe von Airbus A340-300/500/600 Flugzeugen

Kurzfassung

In dem vorliegenden Bericht wird die Verteilung von Wassertropfen in der rumpfnahen Strömung von Airbus A340/300/500/600 Flugzeugen untersucht. Die Rechnungen wurden mit dem 3D Panelverfahren VSAERO und dem Trajektorienprogramm ICE durchgeführt. Ermittelt wurden die Tropfenverteilungen in drei Schnitten senkrecht zur Rumpfachse. Der erste Schnitt A-A liegt am Übergang vom Bug in den zylindrischen Rumpfteil. Schnitt B-B befindet sich am Beginn des Belly Fairings. Der letzte Schnitt D-D ist im Bereich des APU Einlaufs. Zunächst werden im Hinblick auf die vorliegende Aufgabenstellung wichtige Punkte bei der Erstellung der Eingabedatensätze für VSAERO und ICE erläutert. Der erste Punkt ist die Netzform und die Auflösung des Geschwindigkeitsfeldes in der Nähe der Körperkontur. Außerdem ist die Auflösung der Panel im Strömungsfeld, für die die Tropfeneinfangrate berechnet wird (Scan Ebene), bedeutsam. Parameterstudien zeigen, daß eine ungeeignete Netzgeometrie sowie eine zu grobe Auflösung des Geschwindigkeitsfeldes und der Scan Ebene die Ergebnisse verfälschen. Eine Variation der Umgebungstemperatur beeinflußt die Partikeleinfangrate wenig. Für die drei Flugzeugmuster wurden die Tropfeneinfangraten in den Flugzuständen "Diversion, Climb, und Holding" berechnet. Generell steigen die Tropfeneinfangraten in allen Flugzuständen und allen Schnitten von der freien Außenströmung zum Rumpf hin zunächst an und erreichen in einer gewissen Entfernung von der Kontur ein Maximum (Wasserschwall). Zwischen dem Wasserschwall und dem Flugzeugrumpf existiert eine Zone, in der sich keine Wassertropfen befinden. Die maximale Tropfeneinfangrate und die Breite der tropfenfreien Zone steigt mit wachsendem Tropfendurchmesser an. Vom ersten zum zweiten Schnitt sinken die Partikeleinfangraten tendenziell ab und die partikelfreie Zone wird breiter. Im weiteren Verlauf der Strömung zum Schnitt am APU Einlauf steigen die maximalen Tropfeneinfangraten der Tendenz nach wieder an und der tropfenfreie Bereich verbreitert sich weiter.