CFD für den Reiseflug: Triebwerksstahl und Rumpfgrenzschicht

Abstract

CFD Simulationen am Triebwerksstrahl für den Reiseflug: Ziel ist die Durchführung von Simulationen zur Vorhersage der Druckschwankungen am Flugzeugrumpf infolge von Triebwerksstrahllärm im Reiseflug. Dazu werden Methoden der CFD und CAA miteinander gekoppelt. Die vorgestellten Arbeiten sind Teil des DLR Projektes ECCO (Enhanced Cabin Comfort Computations). Problemstellung: Betrachtet wird ein A320 im Reiseflug. Daraus ergeben sich einerseits eine komplexe, dreidimensionale Flugzeugkonfiguration im realen Maßstab, und andererseits herausfordernde Umgebungsbedingungen wie eine hohe Fluggeschwindigkeit, eine große Reiseflughöhe mit entsprechend geringer Luftdichte sowie sehr große Reynoldszahlen. Besonderes Augenmerk wird auf die Berechnung der Rumpfgrenzschicht gelegt, um deren Einfluss infolge von Brechung und Streuung auf einfallenden Triebwerksstrahllärm untersuchen zu können. Weiterhin werden Simulationen zur Schallerzeugung am Triebwerksstrahl benötigt, die ebenfalls unter Reiseflugbedingungen erfolgen sollen. Methode: Angewendet wird ein hybrider CFD/CAA-Ansatz. Dazu werden zuerst zeitlich gemittelte Strömungs- und Turbulenzgrößen mit Hilfe von RANS-Simulationen ermittelt. Dies wird sowohl für die Flugzeugumströmung als auch für den isolierten Triebwerksstrahl an vereinfachter Triebwerksgeometrie durchgeführt. Für den Strahl werden aus den statistischen Turbulenzdaten mit Hilfe des stochastischen Quellmodells RPM (Random Particle Mesh) Schallquellen generiert und das akustische Feld im sich anschließenden CAA-Schritt bestimmt. Diese Daten sollen anschließend mit Hilfe eines FW-H (Ffowcs-Williams und Hawkings) Lösers auf die Rumpfoberfläche propagiert werden. In ausgewählten Bereichen des Rumpfes soll die Wechselwirkung mit der turbulenten Grenzschicht anhand von schräg einfallenden Schallwellen, angepasst an die Ergebnisse für den isolierten Triebwerksstrahl, untersucht werden. Ergebnisse: Die Präsentation beschränkt sich auf bisherige Ergebnisse der CFD Simulation und untergliedert sich in folgende Unterpunkte: - Strömungssimulationen eines A320 im Reiseflug, - Strömungssimulationen des isolierten Triebwerksstrahles. Validierung: Die CFD-Simulationsergebnisse sollen anhand von experimentellen Daten und bekannten semiempirischen Zusammenhängen aus der Literatur diskutiert werden.