Exploration des Entwurfsraumes einer ebenen Flügelspitzengeometrie an einem vorwärts gepfeilten Flügel mit natürlicher Laminarhaltung

Abstract

Die TuLam/ECOWING-Konfiguration beschreibt einen A320-ähnlichen Rumpf mit vorwärts gepfeiltem Flügel und natürlicher Laminarströmung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Weiterentwicklung der ECOWING-Konfiguration in Bezug auf die Konstruktion der Flügelspitze (engl. wingtip) durchgeführt. Ziel ist es, die 3D-Effekte an der Flügelspitze zu minimieren und den Widerstand zu reduzieren. Der Entwurf der Flügelspitze in dieser Arbeit orientiert sich am Beispiel einer Küchemann-Flügelspitze. Die Flügelspitze ist planar, das heißt Winglets, Sharklets etc. werden bei dem Entwurf nicht berücksichtigt. Der Grundriss wird durch ein parametrisiertes Geometriemodell systematisch beschrieben und variiert sowie mit CAT IA erstellt. Als geometrische Randbedingung wird gefordert, dass die Halbspannweite von 17 m beibehalten wird, wodurch sich ergibt, dass die Flügelfläche durch den gerundeten Verlauf von Flügelhinter- und Vorderkante immer kleiner ist als bei der Ausgangskonfiguration. Daraus sind 27 Variationen der Flügelspitze entstanden. Die Rechennetze wurde mit ANSA erstellt und die Simulation mit dem DLR-Code TAU durchgeführt. Alle Berechnungen wurden unter den Reiseflugbedingungen Ma=0.78, CL=0.52 und F L350 durchgeführt. Für die Ausgangskonfiguration aus dem ECOWING-Projekt, in welchem die Strömungssimulationen auf Solar Netzen berechnet wurden, konnte im Rahmen dieser Arbeit auf ANSA-Netzen sehr gut reproduziert werden. Diese Rechenergebnisse wurden als Referenz für die aerodynamische Bewertung der verschieden Flügelspitzenkonfigurationen verwendet. Beim Vergleich der Gleitzahlen der Flügelspitzen zeigte sich, dass fast alle Konfigurationen im Vergleich zur Referenz eine geringere Gleitzahl aufwiesen. Die niedrigste Gleitzahl lag ca. 0,2 Gleitzahlpunkte unter der Referenz. Im Rahmen der Widerstandsanalyse wurde festgestellt, dass ein Zusammenhang zwischen der Differenzfläche und der Widerstandsänderung besteht. Durch eine Änderung der Randbedingungen der zuvor ausgewählten besten Konfiguration -statt der Halbspannweite wird nun die Fläche konstant gehalten- konnte eine Reduzierung des Gesamtwiderstandsbeiwertes um 1 Drag Count erreicht werden. Dies entspricht einer Verbesserung der Gleitzahl um 0,1 Punkte.