[DLR] – Die Grenzen des fliegbaren Bereichs von Flugzeugen lassen sich in Zukunft besser vorhersagen: Mit Super-Computer und Windkanal-Versuchen haben DLR-Forschende die Vorhersage der Flugeigenschaften künftiger Flugzeuge optimiert.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat in Windkanal-Versuchen die Grenzen des Auftriebs von Verkehrsflugzeugen mit modernster Mess- und Simulationstechnik untersucht. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen helfen, die Eigenschaften künftiger Flugzeuge wesentlich genauer als bisher vorherzusagen, um sie effizienter, umweltfreundlicher und leiser zu machen.
Die Entwicklung neuer Flugzeuge ist ein langwieriger und komplexer Prozess. Lange vor einem Bau und Erstflug findet ein Wechselspiel aus Computersimulationen und Windkanal-Experimenten statt. „Hochgenaue Simulationen der Strömung um das Flugzeug sind notwendig, um die Aerodynamik und damit den Flugbereich heutiger und zukünftiger Flugzeugkonfigurationen genau und verlässlich vorherzusagen“, sagte die Projektkoordinatorin Dr. Cornelia Grabe vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen. Gleiches gilt für die Identifikation des sicheren Betriebsbereichs von Triebwerken. Das DLR-Projekt ADaMant (Adaptive Data-driven Physical Modeling towards Border of Envelope Applications) zielt auf die Entwicklung und Demonstration von Computer-Modellen für solch hochgenaue Strömungssimulationen.
Gemeinsames Interesse von DLR und NASA
Laserlichtschnitte am Innen- und Außenflügel für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten. Bild: DLR
In Kooperation haben DLR und der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA dazu Windkanal-Versuche im Niedergeschwindigkeits-Kanal Braunschweig (NWB) des DNW an einem von der NASA bereitgestellten, international etablierten Forschungs-Modell eines Verkehrsflugzeugs durchgeführt. Versuche mit demselben Modell werden im Windkanal bei der NASA wiederholt, so dass ein besseres Verständnis für den Einfluss verschiedener Windkanäle auf Messdaten entsteht. In der Strömungssimulation wird sowohl die Umströmung des Forschungsmodells wie im freien Flug untersucht, andererseits wird auch der Windkanal mitmodelliert. Damit soll untersucht werden, wie groß der Einfluss des Windkanals auf die Strömung um ein Flugzeugmodell ist. So sollen Computersimulation und Windkanal-Experiment besser vergleichbar werden.
Turbulente Strömungen sind herausfordernd
Die größte Herausforderung bei der Computermodellierung der Aerodynamik sind turbulente Strömungen. Diese erfordern ausgefeilte Berechnungsmethoden, um eine Balance zwischen der Genauigkeit und der Effizienz zu finden – Genauigkeit ist einerseits essentiell, um die Grenze des fliegbaren Bereichs eines Flugzeugs oder des Betriebsbereichs eines Triebwerks verlässlich vorherzusagen, andererseits soll der Ressourceneinsatz in Form von Rechenzeit auf Super-Computern für solche Simulationen auf das Notwendige reduziert werden.
Im Projekt ADaMant werden Computermodelle mit unterschiedlicher Genauigkeit betrachtet und hinsichtlich ihrer Eignung sowohl für die Simulation der Außenumströmung des Flugzeugs in bestimmten Flugzuständen als auch für die Simulation bestimmter Betriebsbereiche eines Triebwerks bewertet. Letztendlich sollen die gewonnenen Erkenntnisse helfen, die Computermodelle für die Berechnung und Auslegung der Flugeigenschaften künftiger Flugzeuge und Triebwerke für die Luftfahrtindustrie anwendbar zu verbessern. Damit wird die Entwicklung effizienterer und umweltfreundlicher Flugzeuge maßgeblich unterstützt und beschleunigt
Die Windkanal-Versuche fanden im Niedergeschwindigkeits-Kanal des DNW in Braunschweig statt. Die Berechnungen werden mit dem DLR-Supercomputer CARO in Göttingen durchgeführt. An dem Projekt sind sechs DLR-Institute und -Einrichtungen beteiligt:
- DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (Projektkoordinator)
- DLR-Institut für Aeroelastik
- DLR-Institut für Antriebstechnik
- DLR-Institut für Softwaremethoden zur Produkt-Virtualisierung
- DLR-Institut für Test und Simulation für Gasturbinen
- Systemhaus Technik
