Simulation transsonischen Buffets an Transportflugzeugen mittels hybrider RANS/LES Verfahren

Beschreibung

Bei der Entwicklung moderner Verkehrsflugzeuge wird der numerischen Struktur- und Strömungssimulation eine wachsende Bedeutung zugeschrieben. Die Weiterentwicklung dieser Methoden im Hinblick auf deren steigende Genauigkeit und Verlässlichkeit ermöglicht es der Industrie sowohl Entwicklungszeiten wie auch Kosten zu senken. Im LuFo-Verbundvorhaben ComFliTe (Computational Flight Testing) wurden am Institut für Aerodynamik und Gasdynamik der Universität Stuttgart verschiedene Ansätze zur Turbulenzmodellierung im Fall des transsonischen Buffets bewertet. Als exemplarische Testfälle standen das OAT15A Profil sowie eine von Airbus zur Verfügung gestellte Verkehrsflugzeugkonfiguration im Vordergrund. Im Gegensatz zu den Wirbelviskositätsmodellen, die keine konsistente Wiedergabe der charakteristischen Buffetparameter ermöglichten, zeigten sich mit den Reynoldsspannungsmodellen vielversprechende Ergebnisse. Weiterführende Untersuchungen mit gängigen Hybridmodellen wiesen eine deutliche Abhängigkeit der Lösung von der räumlichen und zeitlichen Diskretisierung sowie von der Art des RANS/LES Blendings auf. Infolge dieser Ergebnisse wurde im Anschluss an ComFliTe die automatisierte zonale Detached Eddy Simulation (AZDES) entwickelt und mit Reynoldsspannungsmodellierung kombiniert. Die Methode ist formal mit der zonalen DES verwandt, ermöglicht jedoch die Einteilung in RANS- und DES-Bereich aufgrund einer im Vorfeld durchgeführten (U)RANS Simulation. Dabei wird das integrale Längenmaß des Turbulenzmodells ausgewertet, welches in Gebieten abgelöster Strömung große Werte annimmt. Der Anwender legt auf Basis dieser Lösung einen Schwellwert fest, welcher die zonale Einteilung des Rechengebietes im Hybridmodus definiert. Darüber hinaus können zwei Parameter für den Wandabstand definiert werden, falls der wandnahe Bereich ausschließlich im RANS Modus oder der wandferne Bereich ausschließlich im LES Modus gerechnet werden soll.

Autor*in

Sebastian Schulte am Hülse

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