Vorlesung Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik II

Übersicht:

Vorlesungsinhalt:

In einem ersten Abschnitt wird auf die Berechnung der inkompressiblen Umströmung komplexer Flugzeugkonfigurationen mit Hilfe der Panelmethode eingegangen. Bei diesem Ansatz wird die lineare Potentialgleichung auf eine Randelementdarstellung überführt, wodurch zur numerischen Lösung lediglich ein Oberflächennetz der betrachteten Geometrie erforderlich ist. Kompressibilitätseffekte lassen sich bei den Panelmethoden mit Hilfe der in der Vorlesung Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I behandelten Ähnlichkeitsregeln berücksichtigen.

Wesentlicher Inhalt der Vorlesung ist die Betrachtung der Umströmung von Tragflügeln im Überschallbereich. Zunächst werden die auftretenden strömungsmechanischen Phänomene diskutiert. Es zeigt sich, daß qualitativ stark unterschiedliche Strömungscharakteristika vorliegen, je nachdem ob Unter- oder Überschallkanten vorliegen.

Zur rechnerischen Erfassung von reinen Überschallströmungen wird im Rahmen dieser Vorlesung die linearisierte Potentialgleichung herangezogen. Zur vereinfachten Lösung dieser Grundgleichung werden dabei zunächst gewisse Einschränkungen im Hinblick auf die betrachteten Körpergeometrien getroffen. Für die Klasse der sogenannten kegeligen Strömungen ist die Überführung des dreidimensionalen in ein zweidimensionales Problem möglich. Die Methode der kegeligen Strömungen wird zur Berechnung der Druckverteilung sowie der Kraftbeiwerte für verschiedene planare Flügelgrundrisse herangezogen.

Eine Berechnung der Überschallumströmung für beliebige Flügelgeometrien endlicher Dicke ermöglicht die Singularitätenmethode zur Lösung der linearisierten Potentialgleichung. Im Gegensatz zu reinen Überschallströmungen ist dabei zu beachten, daß der Störeinfluß der Singularitäten auf den Bereich des Nachkegels beschränkt bleibt. Auch beeinflussen sich die Strömungsfelder von Flügelober- bzw. Unterseite nicht gegenseitig sofern Überschallkanten vorliegen. Dies ermöglicht eine im Vergleich zur reinen Unterschallströmung teilweise erhebliche Vereinfachung bei der Berechnung. Die Singularitätenmethode wird zur Berechnung der reibungsfreien Druckverteilung für rumpfartige Verdrängungskörper sowie für verschiedene Tragflügelgeometrien herangezogen.

Literatur:

• Skript Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik II (nur für Hörer der Vorlesung)
  Das Skript wird am Anfang des Semesters gegen 5 Euro Unkostenbeitrag zum Kauf angeboten.
• Folien zu Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik II (nur für Hörer der Vorlesung)
• J. D. Anderson: Modern Compressible Flow, McGraw-Hill, 2. Auflage 1990, ISBN 0-07-001673-9
  Anm.: Sehr verständlich und gut nachvollziehbar, erheblich ausführliche Diskussion der Überschallströmungen als im Band 'Fundamentals of Aerodynamics'.
• J. Katz & A. Plotkin: Low-Speed Aerodynamics - From wing Theory to Panel Methods, McGraw-Hill, 1991, ISBN 0-07-100876-4
  Anm.: Ausführliche Darstellung der Berechnungsmethoden für inkompressible 2D und 3D Strömungen, gute Grundlage für die Programmierung eigener Berechnungsprogramme, Programmlistings im Anhang.
• A. H. Shapiro: The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Vol 1 & 2, The Ronald Rpress Company, 1953
  Anm.: Klassiker, sehr umfassende Darstellung der Gasdynamik, Zahlreiche Abbildungen mit Berechnungsergebnissen und Experimenten schwieriger zu lesen als Anderson.
• H. Ashley & M. Landahl: Aerodynamics of Wings and Bodies; Dover, 1985, ISBN 0-486-64899-0
  Anm.: reletiv knappe Darstellung der Überschallströmung von Tragflächen, ausführliche Beschreibung der Slender-Body Theorie.
• J. Rom : High Angle of Attack Aerodynamics, Springer-Verlag, 1992, ISBN 0-387-97672-8
  Anm.: Darstellung der Phänomene bei stark angestellten Flugkörpern- und Flugzeugen, Übersicht zu verfügbaren Berechnungsmethoden von Wirbelleiter-Verfahren bis hin zu Navier-Stokes Methoden, weniger als Lehrbuch zur Vorlesung empfohlen, jedoch gute Hintergrundinformationen für (künftige) Anwender von aerodynamischen Berechnungsmethoden.