Akademische/r MitarbeiterIN (m/w/d), Promotionsmöglichkeit Bereich Luftfahrzeugaerodynamik: Aerodynamische Analyse der Wechselwirkungen zwischen verteilten Antrieben in Kombination mit einem Boxwing-Flügel

July 15, 2024 /

Am Institut für Aerodynamik und Gasdynamik (IAG) der Universität ist eine Stelle im Bereich der Luftfahrzeugaerodynamik zu besetzen, Verg. Gr. TV-L EG13
[Picture: IAG]

Einsatzort

Institut für Aerodynamik und Gasdynamik (IAG)

Beginn der Beschäftigung

Ab sofort

Vergütung: Lohn (in €)

Verg. Gr. TV-L EG13

Bewerbungsfrist

31. Juli 2024

Hintergrund

Zur Reduzierung der Luftfahrt-spezifischen Emissionen gilt es technische Lösungen zu finden. Dazu werden sowohl neue unkonventionelle Flugzeug-Konzepte benötigt, als auch fähige Ingenieure/Ingenieurinnen, um diese zu entwickeln und auszuführen. Im Rahmen dieser Stelle soll genau ein solches unkonventionelles Konzept hinsichtlich des potentiellen Nutzens aerodynamisch analysiert werden.

Der Konzeptansatz ist die Kombination zweier disruptiver Technologien: verteilte elektrische Antriebe (Distributed propulsion, DP) in over-the-wing (OTW) Anordnung mit einer „Boxwing“-Tragflächenanordnung. Ziel ist es durch Kombination der Einzelkomponenten die Vorteile beider Technologien zu verbinden und die Nachteile gegenseitig auszugleichen, um eine Konfiguration zu finden, welche effektive Kurzstart- und Landefähigkeiten (STOL) im Hochauftriebsfall mit einem energieeffizienten Reiseflug verbindet. Synergieeffekte sollen dabei ausgenutzt werden, um die benötigte Primärenergie zu reduzieren. Verteilte elektrische Antriebe ermöglichen dabei eine signifikante Hochauftriebserhöhung. Im Vergleich zu heutigen STOL-Flugzeugen mit im Reiseflug überdimensionierter Flügelfläche können sie eine Widerstandssparende Flügelflächenreduzierung ermöglichen. Bei DP-Einsatz zur Steuerung kann zudem eine Reduzierung der Seitenleitwerksfläche erfolgen. „Boxwing“-Tragflächenanordnungen ermöglichen hingegen eine signifikante Reduzierung des induzierten Widerstands im Reiseflug sowie eine Reduzierung der Höhenleitwerksfläche. Insgesamt soll somit eine sowohl im Hochauftriebsfall als auch im Reiseflug effiziente Konfiguration gefunden werden.

Distributed-Propulsion-Flügel-Interaktionen
Distributed-Propulsion-Flügel-Interaktionen

Das IAG ist Teil des LuFo-Projektes DOXWING. Im Rahmen dieses nationalen multidisziplinäre Verbundforschungsprojektes, an dem Universitäten, Forschungseinrichtungen sowie beratend die Industrie beteiligt sind, sollen am IAG die aerodynamischen Aspekte des Konzeptes untersucht werden. Das Konzept ist durch zahlreiche aerodynamische Wechselwirkungen charakterisiert: 1. zwischen den Propellern und den Tragflächen, 2. zwischen den Flügeln, 3. zwischen den Propellern selbst.

Das wissenschaftliche Ziel für Sie ist es daher, diese aerodynamischen Wechselwirkungen zu verstehen und vorteilhaft zur Reduzierung des Energiebedarfs auszunutzen. Die numerischen Arbeiten am IAG werden von den experimentellen und Flugzeugentwurfs-Arbeiten der Partner begleitet.

Problemstellung und Aufgaben

Im Rahmen von DOXWING erwartet Sie eine Reihe anspruchsvoller und spannender aerodynamischer und numerischer Aufgaben. Zu Beginn werden vereinfachte 2,5D CFD-Simulationen der Propeller-Flügelkonfiguration durchgeführt, um vielversprechende Auslegungsvarianten zu identifizieren und den im Windkanal betrachteten Parameterraum sinnvoll einzugrenzen. Dabei wird bspw. der Einfluss der relativen Positionen des Propellers und der axiale und vertikale Versatz der beiden Flügel, des Propellereinbauwinkels und der Klappenausschläge auf die zur Auftriebserhöhung nutzbaren aerodynamischen Wechselwirkungen untersucht. Anschließend erfolgen höherwertige CFD-Simulationen der Windkanalversuche für eine synergetische Analyse der numerischen und experimentellen Untersuchungen inklusive einer Validierung der CFD-Methoden. Auf den Erkenntnissen der 2,5D-Studien wird zudem eine aerodynamische Auslegung des 3D DOXWING-Flügels durchgeführt und final die Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Leistungsbilanz analysiert. Die Arbeit umfasst somit mehrere Aspekte von Entwurfsfragen über die möglichst exakte Nachsimulationen von Windkanalversuchen bis hin zur Leistungsanalyse derartiger disruptiver Konfigurationen.

In der Arbeitsgruppe Luftfahrzeugaerodynamik des IAG werden dabei verschiedene Methoden unterschiedlicher Genauigkeit zur CFD-basierten Propellersimulation eingesetzt. Für parametrische Entwurfsstudien werden primär stationäre Actuator-Disk (ACD) Modelle verwendet, basierend auf Propellerpolaren als Eingangsdaten, für genauere Analysen eine instationäre Actuator Line (ACL) oder sogar Propellersimulationen mit aufgelöster Blattgeometrie. Im DOXWING-Projekt wird eine bedarfsspezifische Kombination aus allen drei Methoden Verwendung finden.

Die Arbeiten bauen auf langjährigen spezifischen Forschungen zu Propeller-Flügel-Wechselwirkungen des IAG auf. Am Institut sind weitere Mitarbeiter im Bereich der Propeller-Flügel-Wechselwirkungen aktiv, auch wenn die Projektarbeit primär selbstständig stattfinden wird, ist dadurch eine Unterstützung und Wissensweitergabe gegeben. Nähere Informationen über die Inhalte der Arbeiten erhalten Sie beim unten angegebenen Ansprechpartner.

Haben Sie Interesse an der Analyse dieses unkonventionellen Konzeptes gefunden und sehen sich als geeignet an, die genannten Arbeiten durchzuführen, bewerben sie sich per Mail bei der unten angegebenen Adresse. Voraussetzung für eine Einstellung ist ein sehr guter MSc-Abschluss in einem technischen oder naturwissenschaftlichen Studiengang mit fundierten Kenntnissen in Strömungsmechanik, Aerodynamik und der CFD-Anwendung inklusive Netzgenerierung. Selbständigkeit in der Arbeitsweise, Freude an der Problemlösung sowie ein hohes Interesse an der Luftfahrt sind unserer Erfahrung nach entscheidend für den Erfolg. Ebenso sind sehr gute Deutschkenntnisse erforderlich.

Die Universität Stuttgart möchte den Anteil der Frauen im wissenschaftlichen Bereich erhöhen und ist deshalb an Bewerbungen von Frauen besonders interessiert. Vollzeitstellen sind grundsätzlich teilbar (was bspw. für junge Eltern interessant sein könnte). Schwerbehinderte werden bei gleicher Eignung vorrangig eingestellt. Die Einstellung der akademischen Mitarbeiter/innen erfolgt durch die Zentrale Verwaltung.

Haben wir Ihr Interesse geweckt?

Weitere Informationen erhalten Sie bei:

Dr.-Ing. Thorsten Lutz

Institut für Aerodynamik und Gasdynamik
Universität Stuttgart
Wankelstraße 3
70563 Stuttgart

Mailadresse: lutz@iag.uni-stuttgart.de
Tel.: 0711 / 685-63406

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