Entwicklungsrichtungen verbesserter physikalischer Modellierungen für ein unstrukturiertes CFD-Verfahren im Projekt Digital-X

Abstract

Das Projekt Digital-X [1] tut einen ersten Schritt, ein multidisziplinäres Gesamt-Simulationssystem auf-zubauen, das künftig die Entwicklung und Erprobung neuer Fluggeräte im Rechner basierend auf hochge-nauen Simulationsdaten gewährleisten soll. Dabei sollen Daten der Strömung, der Struktur sowie der Flugmechanik sowohl in Flugbereichen nahe dem Entwurfspunkt als auch an den Grenzen der Flugenvelo-ppe mit so hoher Genauigkeit erzeugt werden, dass sich irgendwann die Vision eines „Erstflugs im Rech-ner“ verwirklichen lässt. Zur Erzeugung von Strömungsdaten ist der unstrukturierte DLR TAU-Code dasjenige CFD-Verfahren, in dem momentan verbesserte physikalische Modelle entwickelt und erprobt werden, die später grundle-gend für die numerische Strömungssimulation im Gesamtsystem sein sollen. Zur Steigerung der Verläss-lichkeit nimmt die physikalische Modellierung turbulenter und transitioneller Strömungen eine zentrale Rolle ein. Da eine direkte numerische Simulation solcher Strömungen um industriell relevante Konfigura-tionen aufgrund der extrem hohen Anforderungen an Rechnerressourcen auf Jahrzehnte hinaus nicht möglich sein wird, müssen weiterhin Modelle zum Einsatz kommen, in denen der Einfluss der Turbulenz und Transition durch geeignete Modellierungsansätze näherungsweise ermittelt wird. An den Grenzen des Flugbereiches ist aber trotz aller Erfolge der numerischen Simulation die Vorhersagegenauigkeit der heutigen Modelle unzureichend. Ebenso kommt der sicheren Bestimmung des laminar-turbulenten Über-gangs zukünftig eine entscheidende Bedeutung zu, wenn eine signifikante Reduktion des Widerstandes und damit der CO2-Erzeugung zukünftiger Flugzeuge erreicht werden soll.