Auslegung eines Windkanalmodells mittels numerischer Strömungssimulationen

Kurzfassung

Der Triebwerkseinlauf stellt für Hyperschall-Raumflugzeuge (z.B. ELAC) eine leistungsbestimmende Baugruppe dar. In der Abteilung Windkanäle Köln-Porz des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt werden daher im Rahmen eines Teilprojektes des DFG Sonderforschungsbereiches 253 solche Hyperschall-Einlaufsysteme optimiert. Da ein Hyperschall-Einlaufsystem über einen weiten Bereich betrieben werden muß, ist eine Anpassung an die verschiedenen Flugmachzahlen erforderlich. Die Untersuchung der hierzu erforderlichen Maßnahmen wie z.B. Rampenverstellung oder Absaugung soll zunächst im Bereich der Außenverdichtung anhand eines Prinzipmodells im Hyperschall-Windkanal des DLR durchgeführt werden. Dieses Windkanalmodell, bestehend aus zwei verstellbaren Rampen, wird mit Hilfe von numerischen Strömungssimulationen ausgelegt und anschließend konstruiert. Bei dem eingesetzten numerischen Verfahren handelt es sich um einen modernen 2D-Finite-Element-Strömunslöser, wobei die Rechnung auf unstrukturierten, adaptiven Netzen unter Annahme laminarer Grenzschichten erfolgt. Basierend auf einfachen, reibungsfreien Vorstudien werden in den daran anschließenden Navier-Stokes-Berechungen die Parameter der Anströmung sowie die Geometrie des Modells variiert, um so zu einer optimierten Modellauslegung zu gelangen. Abschließend wurde der Entwurf eines Windkanalmodells erarbeitet. Im einzelnen werden hier folgende Arbeitsschritte vorgestellt: Analytische und numerische Vorstudien, Strömungsberechnung auf adaptiven Netzen, Auswertung und Interpretation sowie der Entwurf eines Windkanalmodells