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Institut für Aerodynamik und Gasdynamik

Forschung

Das IAG beschäftigt sich mit der Erforschung strömungsphysikalischer Fragestellungen, wie sie vor allem bei Luftfahrzeugen und Windenergieanlagen auftreten. Hierfür stehen dem Institut umfangreiche experimentelle Versuchsanlagen sowie numerische Simulationsverfahren zur Verfügung.

Wirbelstrukturen aus einer Hubschrauber-Simulation (c)
Wirbelstrukturen aus einer Hubschrauber-Simulation

Aeroakustik

Ein wichtiges Forschungsfeld sind die numerischen und experimentellen Arbeiten zur Aeroakustik am IAG. Ziele sind dabei die Lokalisierung von strömungsinduzierten Schallquellen, die Berechnung der Schallausbreitung mittels Integralverfahren sowie die Erarbeitung von Maßnahmen zur Lärmreduzierung. Die wesentlichen Anwendungsfelder sind der durch Blatt-Wirbelinterferenz erzeugte Lärm am Hubschrauberrotor, der durch Interaktion der turbulenten Grenzschicht mit der Profilkontur erzeugte Hinterkantenlärm an den Flügeln von Luftfahrzeugen und Windkraftanlagen, sowie der von Gebläsen, Ventilatoren etc. ausgehende stochastische Lärm. Aktuell laufen die ersten Vorarbeiten zur Umrüstung des Laminarwindkanals mit dem Ziel, in diesem aerodynamisch hochwertigen Kanal simultan Akustikmessungen hoher Güte durchführen zu können. Mit der CPV-Hitzdrahtmethode befindet sich eine neuartige Messtechnologie zur Bestimmung der Schallabstrahlung in Entwicklung.

Openrotor (c)
Openrotor

Drehflügleraerodynamik

Im Mittelpunkt der Arbeiten steht die Weiterentwicklung numerischer Verfahren zur Simulation der hochkomplexen Strömung am Hubschrauber. Neben der Umströmung des Hauptrotors, bei der die dynamischen Verformungen der Rotorblätter sowie in jüngster Zeit die Klappensysteme für eine aktive Einzelblattsteuerung mitbetrachtet werden, sind insbesondere die Interferenzen zwischen Rotor, Zelle und Heckrotor von Interesse. Das dort erworbene Know-How wird zum einen bei der Entwicklung einer eigenen Rotordrohne genutzt und zum anderen auf allgemeine drehungsbehaftete Strömungen, z.B. in Gebläsen, Ventilatoren etc. übertragen. Im Rahmen der Verfahrensentwicklung laufen derzeit Arbeiten zur Erweiterung von Discontinuous-Galerkin-Verfahren auf reibungsbehaftete Strömungen.

Numerische Simulation kohärenter Strukturen in einer Wandgrenzschicht (c)
Numerische Simulation kohärenter Strukturen in einer Wandgrenzschicht

Grenzschichtforschung

Im Bereich der Grundlagenforschung werden mittels Direkter Numerischer Simulation (DNS) und Linearer Stabilitätstheorie (LST) Untersuchungen zum laminar-turbulenten Strömungsumschlag in wandgebundenen Grenzschichten durchgeführt. Mit dem so gewonnenen besseren Verständnis der zugrunde liegenden Transitionsmechanismen werden Maßnahmen zur gezielten Strömungsbeeinflussung entwickelt, um das Einsetzen der Turbulenz zu verzögern und dadurch den aerodynamischen Wider­stand und den Wärmeübergang zu reduzieren.

Die numerischen Arbeiten werden durch experimentelle Untersuchungen im institutseigenen Laminarwindkanal (LWK) unterstützt, der über eine ausgezeichnete Strömungsqualität verfügt. Darüber hinaus sind Wechselwirkungen zwischen der Grenzschicht und Verdichtungsstößen, wie sie z.B. im Einlaufbereich luftatmender Triebwerke bei Überschallanströmung auftreten, Gegenstand der Forschung.

Simulation stoßinduzierter Ablösungen an Transportflugzeugen (c)
Simulation stoßinduzierter Ablösungen an Transportflugzeugen

Luftfahrzeugaearodynamik

Den Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Luftfahrzeugaerodynamik bildet die CFD-basierte Analyse komplexer Strömungsphänomene und auftretender Wechselwirkungen an Luftfahrzeugen. Dies beinhaltet die Studie massiv abgelöster Strömungen sowie die Kontrolle von Ablösungen und Verdichtungsstößen durch passive und aktive Kontrollmaßnahmen.

Numerische Simulation (c)
Numerische Simulation

Numerische Strömungsmechanik

Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe von Prof. Munz ist die Konstruktion hochgenauer numerischer Methoden, deren Implementierung und Optimierung für Höchstleistungsrechner sowie deren Anwendung auf interessante Fragestellungen aus Forschung und Technik. Die Forschungsgruppe arbeitet interdisziplinär an der Konzeption und Weiterentwicklung von Simulationswerkzeugen und kombiniert dabei Kompetenzen aus der numerischen Mathematik, den Ingenieurwissenschaften und High Performance Computing sowie Softwareentwicklung. Dabei liegt der Fokus aktuell auf der Weiterentwicklung von Verfahren hoher Ordnung, insbesondere Discontinuous Galerkin Verfahren, mit den Anwendungsbereichen Strömungsmechanik, Aeroakustik,  Plasmaphysik und Mehrphasenströmungen.

Detaillierte Nachlaufsimulation einer Windturbine (c)
Detaillierte Nachlaufsimulation einer Windturbine

Windkraft

In jüngster Zeit wird verstärkt an der Optimierung von lärmarmen Profilen für Windkraftanlagen und der Entwicklung verbesserter Vorhersageverfahren gearbeitet. Experimentell werden die Arbeiten durch Untersuchungen in den Windkanälen des Instituts unterstützt.

Geländemodell im Grenzschichtwindkanal (c)
Geländemodell im Grenzschichtwindkanal

Umweltaerodynamik

Momentan wird im Grenzschichtwindkanal des IAG das Geschwindigkeitsfeld über einer komplexen Topographie experimentell vermessen.
Dabei handelt es sich um ein Landschaftsmodell des Albaufstiegs nahe Schnittlingen (Donzdorf, Landkreis Göppingen) im Maßstab von 1:400.

                                                    

Hier geht es zu den experimentellen Versuchsanlagen des Instituts:

Versuchsanlagen des Instituts für Aerodynamik und Gasdynamik