Numerische Untersuchung der Aerodynamik des Magnus-Effekts am Bubble-Bot mit bionisch optimierten Flügeln nach Vorbild von Mobula birostris

Kurzfassung

In dieser Arbeit wurde die Strömung um den Bubble-Bot vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt mittels der Software OpenFoam nummerisch untersucht. Der Bubble-Bot besteht aus einem rotierenden Ellipsoid und einem darunterliegenden Tragflügel. Als Vereinfachung wurden 2DSimulationen mit einem rotierenden Zylinder durchgeführt, um unterschiedliche Anstellwinkel, Sehnenlängen und Abstände des unter dem rotierenden Zylinder liegenden Tragprofils zu testen. Aus diesen Parametersimulationen wurde zwei 3D-Simulationen entwickelt. In diesen wurden zwei unterschiedliche Flügelgeometrien in Kombination mit dem rotierenden Ellipsoid untereinander verglichen. Eines dieser Flügelgeometrien wurde mittels bionischer Arbeitsweisen nach dem Vorbild von Mobula birostris optimiert. Es zeigte sich, dass die Tragflächen einen positiven Effekt auf den Auftriebsbeiwert sowie den Widerstandsbeiwert des Zylinders in den 2D-Simulationen hatten, dabei waren die genauen Parametereinstellungen für die Veränderung der Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte vernachlässigbar klein. Die 3D-Simulationen zeigten, dass die Optimierung niedrigere Auftriebsbeiwerte und höhere Widerstandsbeiwerte generierte als die Referenz.