Institut für Aerodynamik und Gasdynamik

Flugzeugaerodynamik I

Mastervorlesung Flugzeugaerodyamik I

                                                    

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Art des Faches

Teil des Pflichtmoduls Aerodynamik und Flugzeugentwurf I im Rahmen des Masterstudiengangs

Sprechstunden

nach Vereinbarung

Übungen

Vorlesungsinhalt

Ein erster Schwerpunkt der Vorlesung besteht in der Diskussion der potentialtheoretischen sowie der reibungsbehafteten Umströmung von Profilen im Unterschall. Dabei werden neben der klassischen Skelett-Theorie zur Berechnung der inkompressiblen, reibungsfreien Umströmung angestellter Profilskelette wesentliche Grenzschichteffekte besprochen, das Lesen von Profilpolaren erläutert und der Einfluss wesentlicher Profilparameter auf die resultierenden Polaren diskutiert.

Zur Erfassung von Kompressibilitätseffekten werden verschiedene Varianten der sogenannten Ähnlichkeitsregeln besprochen, die eine Lösung der linearisierten Potenzialgleichung darstellen. Die zur Linearisierung erforderlichen Vereinfachungen werden diskutiert um die Anwendungsgrenzen der Ähnlichkeitsregeln zu begründen. Die transsonische Umströmung von Profilen sowie Maßnahmen zur Reduktion von Verdichtungsstößen wird im Rahmen der Aerodynamik I Vorlesung lediglich qualitativ behandelt. Zur Berechnung der reibungsfreien Überschallumströmung von Profilen wird eine einfache, linearisierte Theorie diskutiert, welche jedoch bereits den Einfluss wesentlicher Profilparameter auf die aerodynamischen Eigenschaften im reinen Überschall ermöglicht.

Im Rahmen der Vorlesung wird darüber hinaus die Bedeutung von Druck- und Neutralpunkt auf die statische Flugstabilität diskutiert und deren Berechnung für Profile oder dreidimensionale Konfigurationen bei beliebigen Mach-Zahlen diskutiert. Die Skelett- sowie die Überschall-Theorie dienen zur Quantifizierung der Positionen von Druck- und Neutralpunkt für reibungsfrei umströmte Profile.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Diskussion der Aerodynamik von Tragflügeln endlicher Streckung im Unterschall. Für quantitative Berechnungen wird das Prandtl’sche Traglinienverfahren sowie das Lösungsverfahren nach Multhopp behandelt. Dabei werden die Ursachen des induzierten Widerstandes sowie Ansätze zur Minimierung dieses Widerstandsanteils diskutiert. Unter Anwendung der Prandtl’schen Traglinientheorie wird der Einfluss wesentlicher geometrischer Flügelparameter auf die Verteilung von Auftriebsbeiwert und Zirkulation abgeleitet und die resultierende aerodynamische Leistung sowie die Abreißeigenschaften diskutiert.

Die Vorlesung Aerodynamik I liefert damit vereinfachte Berechnungsmethoden zur aerodynamischen Untersuchung und Auslegung von Profilen und Tragflügeln.

Sämtliche in der Vorlesung behandelten Berechnungsmethoden sind in dem vom IAG bereit gestellten, grafisch interaktiven Programm AERO implementiert, mit dem auf einfache Weise der Einfluss von Profil- oder Flügelgeometrie auf die aerodynamischen Eigenschaften berechnet werden kann.

 Literatur:

  • 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

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. Die aktuelle Version des Programms enthält eine Anwendung zur Skelettlinientheorie, ein 3D-Wirbelleiterverfahren sowie ein 3D Panelverfahren. Mit Hilfe des integrierten Gittergenerators lassen sich einfache Trapezflügel mit NACA four-digit Profilen erzeugen, desweiteren steht eine Routine zum Einlesen beliebiger 3D-Flügelgitter zur Verfügung. Ein Modul zur Erstellung beliebiger Flügelgitter ist momentan in Arbeit. Das Programm AERO gibt die Verteilung des Druckbeiwerts über der Flügeloberfläche in einer ASCII-Datei aus, die beispielsweise mit TECPLOT visualisiert werden kann. In einer weiteren Datei wird der spannweitige Ca-Verlauf sowie die Zirkulation ausgegeben. Es ist vorgesehen, das Programm weiterzuentwickeln, und zusätzliche Verfahren zu integrieren.

Grafisch interaktives Programm AERO (für WINDOWS)

Bedienungsanleitung für AERO

Tecplot Demoversion

Gittergenerator cad3d (für LINUX)

Gitterkonverter cad3d2aero (für LINUX)



 

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Dr.-Ing. Thorsten Lutz

Dieses Bild zeigt  Thorsten Lutz
Dr.-Ing.

Thorsten Lutz

Leiter Luftfahrzeugaerodynamik / Leiter Windenergie

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