Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I

Übersicht:

Dozent	Dr.-Ing. Thorsten Lutz Tel.: (0711) 685 63406 e-mail: lutz@iag.uni-stuttgart.de IAG, Pfaffenwaldring 21, 1. Stock, Zimmer 1.029
Art des Faches	Pflichtvorlesung im Rahmen der Vertiefungsrichtung Strömungslehre
Zeit	Sommersemester! Vorlesung/Übung: dienstags, 14.00-15.30 Uhr, V27.02 Vorlesung/Übung: donnerstags, 15:30 - 17:00 Uhr, V27.02
Umfang und Art der Prüfung	3SWS (2V, 1Ü), schriftliche Prüfung
Sprechstunden	nach Vereinbarung

Einen breiten Raum nimmt die Behandlung zweidimensionaler Strömungsprobleme ein. Zunächst erfolgt eine phänomenologische Betrachtung der Umströmung von Tragflügelprofilen für verschiedene Anström-Machzahlen. Anschließend wird die Skelett-Theorie zur Berechnung der reibungsfreien, inkompressiblen Strömung um Profilskelette erläutert und anhand zahlreicher Übungsbeispiele vertieft. Die Skelett-Theorie ermöglicht eine einfache analytische Bestimmung der aerodynamischen Hauptdaten, wie Auftriebs- und Momentenbeiwert dünner, verwölbter Profile.

Die vollständige Potentialgleichung bildet eine Grundlage zur Erfassung von Kompressibilitätseffekten für isentrope Strömungen. Im Rahmen der Vorlesung wird eine Linearisierung dieser Grundgleichung diskutiert, wodurch die Ableitung sogenannter Ähnlichkeitsregeln ermöglicht wird. Durch einfache Transformationen ermöglichen diese Ähnlichkeitsregeln die Rückführung einer kompressiblen Unterschallströmung auf eine inkompressible Vergleichsströmung. Diese Vergleichsströmung lässt sich mit den zuvor behandelten Methoden für inkompressible Strömungen rechnerisch bestimmen. Die Ähnlichkeitsregeln sind in analoger Weise ebenso für eine Überschallströmung ableitbar. Durch kombinierte Anwendung von Skelett-Theorie und Ähnlichkeitsregeln wird die Analyse kompressibel umströmter dünner Profile ermöglicht.

Neben der Profilaerodynamik bildet die dreidimensionale Umströmung von Tragflügeln endlicher Streckung den zweiten Schwerpunkt der Vorlesung. Zunächst werden die Grundlagen der klassischen Prandtl'schen Traglinientheorie erläutert, welche die rechnerische Erfassung der inkompressiblen und reibungsfreien Umströmung ungepfeilter planarer Flügel ermöglicht. Die Theorie kann sowohl zur Nachrechnung als auch zum aerodynamischen Entwurf von Tragflügeln eingesetzt werden und ermöglicht bereits in guter Näherung die Berechnung des induzierten Widerstandes. Durch Kombination mit der Göthert'schen Ähnlichkeitsregel lassen sich dabei Kompressibilitätseinflüsse erfassen. Neben der vertieften Behandlung und Anwendung der Prandtl'schen Traglinientheorie wird eine Übersicht zu weiteren theoretischen Modellen der inkompressiblen Tragflügelaerodynamik gegeben. Es werden dabei unter anderem Erweiterungen der Traglinientheorie zur Berechnung gepfeilter oder nicht-planarer Flügel diskutiert.

Literatur:

Skript Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I (nur für Hörer der Vorlesung)
Das Skript wird am Anfang des Semesters gegen 5 Euro Unkostenbeitrag zum Kauf angeboten.

Zusatzfolien zu Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I (nur für Hörer der Vorlesung)

S. Wagner:
Strömungslehre I/II
Anm.: Skript zur Grundlagenvorlesung

J. D. Anderson Jr.:
Fundamentals of Aerodynamics
Anm.: sehr verständlich geschriebenes Buch; gut nachvollziehbare mathematische Ableitungen; interessante Hintergrundinformationen

J. D. Anderson Jr.:
Modern Compressible Flow
Anm.: vertiefte Beschreibung der Kompressibilitätseffekte und der linearisierten Potentialtheorie

H. Schlichting, E. Truckenbrodt:
Aerodynamik des Flugzeuges, Teil 1 & 2
Anm.: Klassiker; meist gut verständliche Beschreibung der klassischen aerodynamischen Berechnungsmethoden (ohne CFD); viele Vergleiche zwischen theoretischen Ergebnissen und Experimenten

J. Katz, A. Plotkin:
Low-Speed Aerodynamics - From Wing Theory to Panel Methods
Anm.: ausführliche Darstellung der Berechnungsmethoden für inkompressible 2D und 3D Strömungen; gute Grundlage für die Programmierung eigener Berechnungsprogramme; Programmlistings im Anhang

Termine SS 2011:

Folgende Einteilung der Vorlesungs- und Übungstermine ist geplant. Änderungen sind möglich, falls es zu Überschneidungen mit anderen Vorlesungen kommen sollte. Kurzfristige Änderungen werden jeweils in der vorhergehenden Vorlesungs- bzw. Übungsstunde bekannt gegeben und sind in rot eingetragen.

Dienstag
(14-15.30 Uhr)
- -

3. Mai -

10. Mai 3. Vorlesung

17. Mai 5. Vorlesung

24. Mai 6. Vorlesung

31. Mai 7. Vorlesung

7. Juni 8. Vorlesung

14. Juni (Pfingstferien)

21. Juni 9. Vorlesung

28. Juni 10. Vorlesung

5. Juli 11. Vorlesung

12. Juli 12. Vorlesung

19. Juli 13. Vorlesung

26. Juli 14. Vorlesung

Donnerstag
(15.30-17 Uhr)
28. April 1. Vorlesung

5. Mai 2. Vorlesung

12. Mai 4. Vorlesung

19. Mai -

26. Mai 1. Übung

2. Juni -

9. Juni 2. Übung

16. Juni (Pfingstferien)

23. Juni -

30. Juni -

7. Juli 3. Übung

14. Juli -

21. Juli 4. Übung

28. Juli 5. Übung

An den sechs Übungsterminen werden die prüfungsrelevanten Aspekte der Vorlesung durch Übungsaufgaben vertieft. Weiterhin werden zu den wichtigsten Themenblöcken Übersichtsblätter ausgeteilt. Vorgesehen sind 18 Übungsaufgaben, wovon 12 im Rahmen von Vortragsübungen behandelt werden und zu 6 Aufgaben Musterlösungen verteilt werden. Am letzten Termin wird die zurückliegende Prüfung vorgerechnet. Die ausgeteilten Übungsblätter, Musterlösungen und Übersichtsblätter werden auch als pdf-Datei zum Download bereitgestellt bzw. können bei Konrad Meister verlangt werden. Falls Ihnen jedoch Lösungen der Vortragsübungen fehlen, so wenden Sie sich bitte an Ihre Kommilitonen!

Übungsaufgaben:

Übungsblatt 1
Übungsblatt 2
Übungsblatt 3
Übungsblatt 4
Übungsblatt 5
Übungsblatt 6
Übersichtsblatt zur Skelett-Theorie

Lösungsblatt 1
Lösungsblatt 2
Lösungsblatt 3
Lösungsblatt 4
Lösungsblatt 5
Lösungsblatt 6
Diagramme zu Übungsblatt 6

Prüfungsaufgaben:

Ein Satz ehemaliger Prüfungsaufgaben (Frühjahr 1996 bis Herbst 2007, also insgesamt 24 Aufgaben) inklusive Musterlösung ist zum Preis der Kopierkosten (Euro 3,00) bei Thorsten Lutz erhältlich. Alternativ hierzu liegt ein PDF-Dokument mit Prüfungsaufgaben inkl. Lösungen zum Download bereit. Der jeweilige Fragenteil wird nicht ausgegeben.

Prüfung SS 2011:

Die Prüfung findet statt am Dienstag, 04.10.2011 um 8:00-11:15 im Hörsaal V47.03.

Bitte beachten Sie den geänderten Ablauf der Prüfung. Bis Frühjahr 2008 standen bei der Prüfung für den Fragenteil 60 Minuten und den schriftlichen Aufgabenteil 120 Minuten zur Verfügung.

Ab Herbst 2008 dauert der Fragenteil 90 Minuten und der schriftliche Aufgabenteil ebenfalls 90 Minuten, wobei beide Teile gleich gewichtet werden. Für den Fragenteil sind keine Hilfsmittel zugelassen. Im Aufgabenteil dürfen alle schriftlichen Unterlagen und Taschenrecher benutzt werden. Zwischen beiden Teilen besteht eine 15-minütige Pause.

Die Fragen bzw. Aufgaben zu Aero I sind so ausgelegt, daß sie in 3/7 der gesamten Prüfungszeit bearbeitet werden können. Dies entspricht dem Anteil von Aero I (3 SWS) an den insgesamt schriftlich abzuprüfenden Fächern der Vertiefungsrichtung (7 SWS).

Für das Bestehen der Vertiefung ist das Erreichen einer bestimmten Gesamtpunktzahl resultierend aus allen gewählten Vertiefungsvorlesungen entscheidend, d.h. es muss nicht jede Vertiefungsvorlesung durch eine bestimmte Mindestpunktzahl getrennt bestanden werden.

Vorbereitungsseminar zur Prüfung:

Datum: 27.09.2011
Ort: Hörsaal V21.01
Zeit: 14:30

Prüfungsaufgaben bis einschl. F2011
(PDF: 2,3 MB)

Verschiedenes:

Grafisch interaktives Programm AERO

Das grafisch interaktive Programm AERO wurde am IAG im Rahmen von Studien- und Diplomarbeiten entwickelt, und bietet den Studenten die Möglichkeit, die in den Vertiefungsvorlesungen behandelten Berechnungsverfahren in der Anwendung kennenzulernen. Weitere Informationen und Download finden Sie hier .