Berechnung aerodynamischer Beiwerte zur Flugleistungssimulation hochfliegender solarelektrischer Plattformen

Abstract

Für die Projektplanung und Entwicklung eines solarelektrischen Stratosphären-Flugzeuges sind konfigurationsspezifische Parameter sowie Einsatzgrenzen festzustellen und zu analysieren. Essentiell sind dabei Missionssimulationen, in denen entsprechende Größen bestimmt und getestet werden können. Der Übergang in ein mathematisches bzw. numerisches Modell ist dabei vorteilhaft um Vorhersagen über Flugleistungen und Effizienz treffen zu können. Im Rahmen der Arbeit „Berechnung aerodynamischer Beiwerte zur Flugleistungssimulation hochfliegender solarelektrischer Plattformen“ wird die Simulationsumgebung für das Projekt High Altitude Platform (HAP) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) aufgearbeitet und hinsichtlich der Flugzeug-Aerodynamik angewandt. Aufbauend auf der Beschreibung vergleichbarer Projekte und dem aktuellen Stand der Solar- und Batterietechnik werden die wichtigsten Einsatzparameter, wie z.B. Sonnen- und Atmosphären-Einflüsse, sowie die Flugzeug-Aerodynamik in ihren grundlegenden Zügen erläutert. Nach der Durchführung, in der der verwendete Programmierstil (Objektorientierte Programmierung) sowie die Aerodynamik-Simulationsprogramme (Drela XFOIL und Drela AVL) und ihre Matlab-Umgebungen erklärt und schrittweise analysiert werden, folgt die Auswertung der Simulationsausgaben. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Auftragung von Auftriebs- über Widerstandskräften einzelner Flügelprofile und die Verteilung von aerodynamischen Kennzahlen über die Breite bzw. Länge einzelner Strukturelemente für das Projekt HAP. Ein abschließender Vergleich zu dem älteren NASA-Projekt Pathfinder (1981) führt letztlich zu einem Ausblick und möglichen Optimierungsansätzen.