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Entstehung von Wirbelasymmetrien am Flugkörper durch Nasendeformation

Schnepf, Christian and Schülein, Erich and Wysocki, Oliver (2012) Entstehung von Wirbelasymmetrien am Flugkörper durch Nasendeformation. 18. DGLR-Fach-Symposium der STAB, 06. - 07. Nov. 2012, Stuttgart, Deutschland.

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Official URL: http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-652/1104_read-1678/

Abstract

Ein bekanntes Phänomen für rotationssymmetrische Flugkörper im hohen Anstellwinkelbereich ist das Entstehen von asymmetrischen Wirbelpaaren auf der Leeseite. Mit diesen Wirbelpaaren gehen zum Teil große Giermomente und Seitenkräfte einher. Um die Zielführung des Flugkörpers zu erhalten, sind flugbahnstabilisierende Maßnahmen notwendig. Die zusätzlichen Steuerkräfte wirken sich negativ auf die Leistungsfähigkeit des Flugkörpers aus. In der Literatur lässt sich als eine Erklärung zur Entstehung der Asymmetrieen z.B. unterschiedliche Transitionslagen links- und rechtsseitig der Flugkörpernase finden. Weitere Ursachen können Deformationen an der Flugkörpernase sein, etwa aufgrund aerodynamischer Lasten oder Schäden die beim Transport oder der Lagerung des Flugkörpers entstehen. Bei schon vorhandenen Deformationen können die dadurch entstehenden Wirbelasymmetrien und damit gekoppelten asymmetrischen Oberflächendruckverteilungen die Verformungen weiter verstärken. Windkanaltests zeigen, dass auch fertigungsbedingte Ungenauigkeiten im Nasenbereich ausreichen, um eine Wirbelasymmetrie hervorzurufen. Hierbei können die Ungenauigkeiten im Fertigungstoleranzbereich liegen und sind daher schwer zu vermeiden. Aufgrund dessen ist es unumgänglich, Methoden zu entwickeln, die eine symmetrische Wirbelpaarentwicklung erzwingen. Dieser numerische Beitrag beschäftigt sich mit dem Entstehen von Asymmetrieen aufgrund von Deformationen. Es soll des Weiteren die Auswirkung verschieden großer Deformationen auf das Strömungsfeld untersucht werden. Die gewonnenen Ergebnisse fließen in die Bewertung von bestehenden, aktiven und passiven Methoden zur Unterdrückung von Asymmetrien ein. In einem letzten Schritt werden Maßnahmen zur Unterdrückung der Wirbelasymmetrien im Flugkörpermodell integriert und simuliert. Um grobe Netzeinflüsse zu vermeiden, die selbst Asymmetrien erzeugen können, wird zunächst ein generisches Flugkörperhalbmodel mit Hilfe des Netzgenerators „Centaur“ hybrid vernetzt und später zu einem Vollmodell gespiegelt. Die numerische Untersuchung ist so angelegt, dass im Nasenbereich eine Deformation an der symmetrischen Flugkörpergeometrie aufgebracht wird. Mit dem Ansatz der radialen Basisfunktion wird die Spitze der Flugkörpernase nach rechts bzw. links in der Gierebene ausgelenkt und dabei auf Längentreue und stetige Übergänge geachtet. Zur Entscheidungsfindung für den Bereich an dem am Flugkörper zunächst eine Deformation aufgebracht wird, wurden Informationen aus Windkanalexperimenten zu Hilfe genommen. Die Untersuchung findet bei windkanalähnlichen Bedingungen statt (Ma =0,8; Re 430000). Für die numerische Berechnung wird der DLR-TAU-Code verwendet. In Abb1. ist die Druckverteilung auf einem Flugkörper und in drei Schnitten entlang der Flugkörperlängsachse für einen Flugkörper ohne (Abb. 1a) und mit (Abb. 1b) Deformation gezeigt. Der Anstellwinkel beträgt α = 43°. Bei der Deformation handelt es sich um eine Verschiebung der Nasenspitze um 0,3 mm nach rechts (von vorne betrachtet). Die Auslenkung entlang der Flugkörperlängsachse verläuft stetig und geht bei einer Nasenlänge von 54 mm auf null zurück. Der gesamt Flugkörper ist 720 mm lang und hat einen Durchmesser von 36 mm. Trotz der geringen Deformation verschieben sich die Wirbelkerne in vertikaler Richtung zu einander, verdeutlicht in letzten Schnittebene in Abb1. Mit einher geht eine Änderung der Druckverteilung am Flugkörper durch die Nasenverschiebung, gut zu erkennen im Bereich zwischen dem Schnitt an der Nase und dem mittleren Schnitt. In weiteren numerischen Simulationen wird das Maß der Auslenkung sukzessiv erhöht und als weiterer Parameter der Angriffspunkt der Deformation vom Übergang Zylinder-Ogive in Richtung Heck verschoben. Nach einer Auswertung der Ergebnisse soll in einem nächsten Schritt, durch eine künstlich hervorgerufene symmetrische Ablöselinie die Wirbelasymmetrie unterdrückt werden.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/78984/
Document Type:Conference or Workshop Item (Speech, Paper)
Title:Entstehung von Wirbelasymmetrien am Flugkörper durch Nasendeformation
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Schnepf, Christianchristian.schnepf (at) dlr.deUNSPECIFIED
Schülein, Ericherich.schülein (at) dlr.deUNSPECIFIED
Wysocki, Oliveroliver.wysocki (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:2012
Refereed publication:No
Open Access:No
In DOAJ:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Volume:Jahresbericht 2012
Page Range:pp. 96-97
Series Name:STAB-Mitteilung
Status:Published
Keywords:phantom yaw, slender body, high angle of attack
Event Title:18. DGLR-Fach-Symposium der STAB
Event Location:Stuttgart, Deutschland
Event Type:national Conference
Event Dates:06. - 07. Nov. 2012
Organizer:Die Deutsche Strömungsmechanische Arbeitsgemeinschaft, STAB
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:Aircraft Research (old)
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Flight Physics (old)
Location: Göttingen
Institutes and Institutions:Institute of Aerodynamics and Flow Technology > High Speed Configurations
Deposited By: Schnepf, Christian
Deposited On:20 Dec 2012 15:28
Last Modified:20 Dec 2012 15:28

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