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Simulation des transsonischen Flatterns eines NLR7301 Profils im Zeitbereich

Nitzsche, Jens and Voß, Ralph (2005) Simulation des transsonischen Flatterns eines NLR7301 Profils im Zeitbereich. STAB 2005, 2005-11-08 - 2005-11-09, Göttingen. (Unpublished)

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Abstract

Im transsionischen Windkanal Göttingen wurden Experimente an einem ungepfeilten, spannweitig in den Freiheitsgraden Schlag und Nicken elastisch gelagerten NLR7301-Profil durchgeführt. Vermessen wurden die Flattergrenze des Modells sowie oberhalb der Flattergrenze auftretende Grenzzyklusschwingungen (LCO). Im Gegensatz zur Beschaffung instationärer, komplexer Luftkräfte durch erzwungene Schwingungen für eine anschließende eigenwertbasierte Stabilitätsanalyse wird in dieser Untersuchung die freie Bewegung des Profils direkt simuliert, um die aerodynamischen Nichtlinearitäten mit zu berücksichtigen. Durch Identifikation aerodynamisch angefachter bzw. gedämpfter Zustände im Parameterfeld Flatterindex-Machzahl wird zunächst die Flattergrenze iterativ ermittelt und das System im Anschluss auf stabile Grenzzyklen untersucht. Das Profil wird klassisch als Starrkörper mit Translations- und Rotationsfreiheitsgrad durch linearisierte Bewegungsgleichungen modelliert und diese mittels eines semiexplizierten, bedingt stabilen Newmark-Differenzenverfahrens integriert. Die instationären Luftkräfte werden durch zeitgenaue Lösung der Euler- bzw. RANS-Gleichungen unter Freistrombedingungen mit Hilfe des TAU-Codes beschafft. Struktur- und Fluidberechnung sind durch ein CSS-Zeitschrittverfahren lose miteinander gekoppelt. Beide Aerodynamik-Modelle geben das erwartete Minimum der Flattergrenze (Transonic Dip) im Machzahlbereich zwischen 0.72 und 0.74 wieder. Instabil wird dabei die erste, schlagdominierte Eigenform. Die Euler-Rechnungen prognostizieren fälschlicherweise ein weiteres Stabilitätsminimum der zweiten, torsionsdominierten Eigenform bei Ma=0.85, da die für Machzahlen über 0.76 auftretende stoßinduzierte Strömungsablösung naturgemäß nicht abgebildet werden kann. Die Übereinstimmung mit dem Experiment ist tendenziell gut. Die Abweichungen werden auf hier nicht berücksichtigte Windkanaleffekte zurückgeführt. Mit der RANS-Aerodynamik lassen sich oberhalb der Flattergrenze Grenzzyklusschwingungen simulieren. Der nichtlineare, amplitudenbegrenzte Mechanismus ist dabei die stoßinduzierte Ablösung auf Profilober- und Profilunterseite, im Gegensatz zum Experiment, wo eine leichte Hinterkantenablösung als Amplitudenbegrenzer identifiziert wurde. Die simulierten Amplituden liegen daher ca. eine Größenordnung über dem Windkanalexperiment.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/43655/
Document Type:Conference or Workshop Item (Paper)
Title:Simulation des transsonischen Flatterns eines NLR7301 Profils im Zeitbereich
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Nitzsche, JensInstitut für AeroelastikUNSPECIFIED
Voß, RalphInstitut für AeroelastikUNSPECIFIED
Date:2005
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Unpublished
Keywords:transonic flutter, limit cycles, fluid structure coupling
Event Title:STAB 2005
Event Location:Göttingen
Event Type:national Conference
Event Dates:2005-11-08 - 2005-11-09
Organizer:STAB AG
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport (old)
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:Aircraft Research (old)
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Flexible Aircraft (old)
Location: Göttingen
Institutes and Institutions:Institute of Aeroelasticity
Deposited By: Erdmann, Daniela
Deposited On:17 May 2006
Last Modified:19 Oct 2010 10:51

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