Entwurf und Analyse robuster Shock-Control-Bumps

Beschreibung

Verkehrsflugzeuge, genauer größere Transportflugzeuge mit Strahltriebwerken, sind heutzutage in der Regel für den Reiseflug im transsonischen Bereich ausgelegt und optimiert. Durch eine hohe Unterschallflug- und damit Anströmgeschwindigkeit kann sich besonders auf der Flügeloberseite sogar Überschallgeschwindigkeit einstellen: Um großen Auftrieb zu erzeugen ist hier ein Unterdruck erforderlich, der durch eine starke Beschleunigung der Strömung erzeugt wird. Das Überschallgebiet wird durch einen Verdichtungsstoß abgeschlossen, der Wellenwiderstand verursacht. Im Reiseflug ist dessen Anteil noch gering, dieser wächst aber mit steigender Machzahl sehr schnell an, sodass auch bei einer mäßigen Erhöhung der Anströmgeschwindigkeit eine wesentliche Verschlechterung des Gesamtwiderstands resultiert. Faktisch wird dadurch sowohl wegen der zur Verfügung stehenden Antriebsleistung, aber vor allem auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten, die Reisefluggeschwindigkeit begrenzt. Eine Möglichkeit, den Wellenwiderstand effektiv zu reduzieren, sind Shock-Control-Bumps. Diese lokalen Konturbeulen auf der Tragflügel-Oberseite haben ihr Höhenmaximum in etwa an der Position des Verdichtungsstoßes. Sie verursachen im Überschallgebiet einen schrägen Stoß mit geringem Totaldruckverlust. Dadurch wird der verbleibende senkrechte Stoß stark abgeschwächt. Dieses Konzept funktioniert im Auslegungspunkt ausgesprochen gut. Bekannt ist, dass die aerodynamische Güte des Flügelprofils mit Bump in anderen Betriebspunkten deutlich schlechter, sogar schlechter als ein Profil ohne Bump, sein kann. Des Weiteren zeigen sich bei 3-dimensional diskretisierten Bumps am schiebenen Flügel Verluste, und Bumps in Kombination mit Laminarflügeln sind bisher wenig erforscht. Diesen Themen widmet sich die Arbeit. Es wird eine Bump-Grundform entwickelt, die sich robuster gegenüber den oben genannten Herausforderungen verhält als bisherige Entwürfe. Das gewünschte aerodynamische Verhalten wird dann an einem Flugzeugentwurf, der mit den neuen Bumps ausgestattet ist, bestätigt.

Autor*in

Klemens Nübler

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Aerodynamik Shock-Control-Bump Optimierung

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