Instationäres aerodynamisches Verhalten einer bewegten Störklappe

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwiefern numerische Verfahren zur Strömungssimulation auf Grundlage der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen in der Lage sind, das aerodynamische Antwortverhalten infolge einer bewegten Störklappe vorherzusagen. Neben der Erarbeitung einer geeigneten Simulationsstrategie stellt die Verifikation und Validierung des Simulationsansatzes einen wesentlichen Bestandteil dieser Arbeit dar. Hierzu wurde auf Daten aus einem eigens durchgeführten Windkanalversuch zurückgegriffen, in dem statische und zeitaufgelöste Oberflächendrücke an einem Profil bei statischen und dynamischen Ausschlägen einer Störklappe gemessen wurden. Bei schrittweise gesteigerter Modellierungstiefe konnte der Simulationsansatz im Niedergeschwindigkeitsbereich erfolgreich validiert werden. Darauf aufbauend wurde rein numerisch untersucht, inwiefern sich die unter Windkanalbedingungen gewonnenen Erkenntnisse beim Übergang zu flugrelevanten Mach- und Reynoldszahlen sowie bei noch schnelleren Stellvorgängen übertragen lassen. Dabei konnte bei ausreichend hohem Stellbereich der Störklappe gezeigt werden, dass eine kritische Stellrate existiert, deren Überschreitung dazu führt, dass die transienten Auftriebsüberschwinger zunächst einbrechen und schließlich in Gänze verschwinden. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse sind insbesondere dann von Relevanz, wenn die Steuerfläche möglichst schnell ausschlagen soll, beispielsweise um Lasten infolge atmosphärischer Störungen wie Böen abzumindern.