Profilaerodynamik

Die aerodynamischen Eigenschaften eines Tragflügels und damit die Leistungsfähigkeit eines Flugzeuges werden von der Auslegung der Profilschnitte maßgebliche bestimmt. Dem Entwurf und der Analyse von Profilen kommt in der Flugzeugaerodynamik daher eine wichtige Rolle zu. Üblicherweise werden für jede Anwendung maßgeschneiderte Profile entwickelt, wofür zuverlässige Berechnungsmethoden erforderlich sind.

Abbildung 1 und 2: Entwurf und Verifikation eines Profils für den Unterschallbereich

Je nach Einsatzbereich treten dabei unterschiedliche Strömungsphänomene auf, deren verbesserte theoretische Modelierung einen unserer Arbeitsinhalte darstellt. Bei kleinen Reynoldszahlen können sich laminare Ablöseblasen ausbilden, welche unter Umständen zu einer merklichen Erhöhung des Widerstandsbeiwertes führen. Die rechnerische Erfassung solcher Ablöseblasen stellt ein noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem dar. Bei Steigerung der Machzahl beeinflussen Kompressibilitätseffekte zunehmend die Profilumströmung. Wird eine kritische Machzahl überschritten, können Verdichtungsstöße auftreten, die den Widerstand dominant beeinflussen. Darüberhinaus treten komplexe Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen auf.

Abbildung 3: Beeinflussung des Strömungsfeldes durch optimierte Stoßkontrollbeule (SCB)		Abbildung 4: Verbesserung der aerodynamischen Güte für ein transsonisches Profil mit adaptiver Wölbung und adaptiver Stoßkontrollbeule (SCB)		Abbildung 5: Pareto-Front für minimierten Widerstand bzw. minimiertem Hinterkantenlärm

Insbesondere beim Entwurf und der Optimierung subsonischer Profile bestehen am Institut langjährige Erfahrungen. Zur Analyse der Profile verwenden wir kommerziell erhältliche sowie selbstentwickelte Berechnungswerkzeuge. Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Methoden (Potential-Grenzschichtverfahren, Euler-Grenzschichtmethoden sowie Navier-Stokes-Verfahren) zum Einsatz. Eine Überprüfung der theoretischen Ergebnisse ist für den Unterschallbereich im Laminarwindkanal des Instituts möglich. Die dort durchgeführten umfangreichen experimentellen Untersuchungen kommen der Weiterentwicklung der Profilentwurfs- und Analyseverfahren zu Gute.

Tätigkeitsfelder

• Analyse, Entwurf und numerische Optimierung von subsonischen Profilen für verschiedene Anwendungsbereiche
• Aeroakustischer Entwurf "leiser Profile"
• Analyse und numerische Optimierung von transsonischen Tragflügelprofilen und adaptiven Profilen
• Verfahrensentwicklung
  • Grenzschichtmethoden
  • Umschlagsermittlung
  • Modellierung laminarer Ablöseblasen
  • Lärm-Vorhersagemodelle
  • Optimierungsverfahren