FOGL

Forschergruppe Luftschifftechnologie (FOGL)

Abbildung 1: Panelberechnung für das Luftschiff LOTTE

Die Forschergruppe Luftschifftechnologie (FOGL) wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) Anfang 1997 an der Universität Stuttgart eingerichtet und insgesamt über sechs Jahre gefördert. Initiator der Forschergruppe war Prof. Dr.-Ing. B. Kröplin vom Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen (ISD). Neben dem ISD waren das Institut für Aerodynamik und Gasdynamik (IAG), das Institut für Flugmechanik und Flugregelung (IFR) sowie das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstofforschung (ZSW) beteiligt. Die Zielsetzung der Forschergruppe bestand in der Vertiefung des Verständnisses relevanter physikalischer Zusammenhänge und Phänomene als Grundlage zur Entwicklung neuer und zur Anpassung bestehender Werkzeuge für den Entwurf und die Analyse moderner Luftschiffe.
Seit der Hochphase der Luftschiffe wurden kaum wissenschaftliche Untersuchungen zur Aerodynamik von "Leichter-als-Luft"-Konfigurationen durchgeführt. Zu Beginn der FOGL-Arbeiten standen keine aktuellen, veröffentlichten aerodynamischen Daten zur Verfügung, die als fundierte Basis zur Validierung moderner CFD-Verfahren dienen konnten.

Abbildung 2: Vergleich berechnete (RANS) und gemessene Druckverteilung für das Luftschiff LOTTE

Im Rahmen von FOGL konnte in Wind- und Wasserkanalexperimenten sowie mit Hilfe von Flugversuchen zunächst eine breite Datenbasis für die betrachtete Referenzkonfiguration LOTTE geschaffen werden. Diese Versuche wurden ergänzt durch 3D Grenzschichtexperimente am fliegenden Zeppelin NT für bislang im Experiment nicht erreichte große Reynolds-Zahlen.
Darüber hinaus wurden zahlreiche Detailuntersuchungen luftschiffspezifischer Phänomene unter Nutzung moderner Messtechniken durchgeführt und veröffentlicht. Dies betraf einerseits Studien zur Topologie der Wirbelschichtablösung vom Rumpf sowie zur Entwicklung des zugehörigen Nachlaufs als auch Untersuchungen zu Interferenzeffekten zwischen Rumpf und Leitwerken. Die Ergebnisse haben das Verständnis der relevanten strömungsnechanischen Phänomene vertieft. Darüber hinaus dienten sie als Grundlage für eine physikalisch sinnvolle Modellierung im Rahmen einer parallel durchgeführten Verfahrensentwicklung. Einen Schwerpunkt der theoretischen Arbeit bildete die Entwicklung und Implementierung eines effizienten gekoppelten 3D Panel-Grenzschichtverfahrens, bei dem luftschiffspezifische aerodynamische Phänomene gezielt erfasst werden. So wurden Ansätze zur höherwertigen Modellierung freier Wirbelschichten, wie sie vom angestellten Rumpf oder den Seiten- bzw. Vorderkanten der Leitwerke ablösen können, entwickelt. Das resultierende Berechnungsprogramm UNIPAC ermöglicht die stationäre Analyse angetriebener LTA-Konfigurationen sowie die Erfassung relevanter instationärer Effekte bei vertretbarem Rechenzeitbedarf.
Ein weiterer Schwerpunkt der theoretischen Arbeit lag in der Durchführung von RANS-Analysen (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) für die im Detail vermessene Referenzkonfiguration LOTTE. Umfangreiche Vergleichsrechungen dokumentieren charakteristische Differenzen zwischen verschiedenen Turbulenzmodellen und es konnten Erkenntnisse und Erfahrungen zur sinnvollen Auswahl und Anwendung geeigneter Modelle (sowie zur Gestaltung strukturierter Gitter) gewonnen werden.

Abbildung 3: Vermessung eines LOTTE im Böenwindkanal des IAG Abbildung 4: 3D Grenzschichtmessungen und Strömungsvisualisierung am Zeppelin NT im Flugversuch

Die im Rahmen der FOGL-Arbeiten erzielten Ergebnisse wurden in zahlreichen Veröffentlichungen dokumentiert und finden sich beispielsweise auch in dem Fachbuch "Leichter als Luft - Transport- und Trägersysteme"

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Thorsten Lutz
email: lutz@iag.uni-stuttgart.de