Simulation der Strömungsphänomene am Hubschrauberrotor mit hoher Genauigkeit

• Antragsteller: Dr. Manuel Keßler
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245278630

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Verbesserung der aerodynamischen und akustischen Simulationsfähigkeit am Hubschrauber. Hierzu sollen die bei einfacheren Strömungsproblemen teilweise bereits sehr erfolgreich eingesetzten fortgeschrittenen numerischen Verfahren - in diesem Fall Discontinuous Galerkin hoher Ordnung - mit den bereits vorhandenen Möglichkeiten etablierter Strömungslöser wie FLOWer zusammengeführt werden, um so eine neue Generation technologisch anspruchsvoller Simulationswerkzeuge bereitzustellen. Unter Berücksichtigung der Erfordernisse aktueller und zukünftiger Rechnerarchitekturen kann so eine neue Qualität der Resultate bezüglich Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Effizienz erreicht werden. Es steht zu erwarten, dass damit weitere, auch kritischere Eckpunkte der Flugenvelope wie Lastvielfache, Seitwärtsflug oder Tail-Shake einer Simulation zugänglich werden und so die Vision eines "Virtuellen Erstfluges" näher rückt.Im vorangegangenen Teil des Projektes wurden erfolgreich DES-Modelle implementiert und validiert sowie die Rechenzeit des vorhandenen DG-Strömungslösers unter Beibehaltung und Ausbau der Paralleleffizienz um fast eine Größenordnung verbessert. Im Rahmen des vorliegenden Projektantrages soll der eingeschlagene Weg hin zu einer Simulation der komplexen Strömung am Hubschrauberrotor weiter fortgesetzt werden. Zum einen ist dazu das physikalische Modell und seine Formulierung hin zu einer Abbildung der hochgradig instationären Phänomene beim dynamischen Abreißen (Dynamic Stall) zu erweitern, die beim Hubschrauber im Vorwärtsflug am rücklaufenden Blatt auftreten und dabei das gesamte Strömungsfeld erheblich beeinflussen können. Zum anderen ist wegen der Elastizität der Rotorblätter die Behandlung der Deformation unbedingt erforderlich, die entsprechende Rückwirkungen auf das aerodynamische Verhalten zeigt. Hierzu sind Bewegungen und Deformationen der Gitter zu berücksichtigen sowie der Austausch der Strömungsdaten unterschiedlicher überlappender Netzsysteme zu bewerkstelligen (Chimera-Technik). Zu überprüfen bleibt dabei die Eignung und gegebenenfalls Modifikation existierender Turbulenzmodelle für Verfahren hoher Ordnung, genau wie auch die mit der Verformung und dem Informationstransfer verbundenen Besonderheiten höherwertiger Verfahren festzustellen sind. Abschließend ist auch der Erfolg der Genauigkeitsverbesserungen neben globalen Größen wie Schub und Leistung auch durch die akustische Auswertung von Sinkflugzuständen mit Blatt-Wirbel-Interaktion festzustellen.In der Summe wird angestrebt, mit solchen neuartigen Werkzeugen anspruchsvolle, technisch relevante Fragestellungen belastbar und hinreichend genau zu beantworten und so mittelfristig die Möglichkeiten etablierter Verfahren signifikant zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen