Die ständige Zunahme und Verbesserung sowohl an Rechnerleistung als auch an Rechencodes sorgen gleichzeitig für eine verstärkte Nachfrage einer verbesserten und immer komplexer werdenden Optimierung schon während des Designs von Flugkörpern. Frühere Rechencodes die auf den Euler-Gleichungen basierten, waren nicht in der Lage, viskose Effekte wie Ablösungen vorherzusagen, und insofern mussten die zu behandelnden Strömungsprobleme und Geometrien einfach gehalten werden. Erst mit der Einführung der Navier-Stokes’schen Bewegungsgleichungen in die codes war es möglich, viskose Effekte vorherzusagen, wie sie u. a. auch im Manöverflug von Flugkörpern auftreten. Der Manöverflug ist gekennzeichnet von schallnahen Geschwindigkeiten sowie großen Anstell- und Rollwinkeln. Die sich hierbei ergebenden großen Ablösungsgebiete stellen in ihrer Vorhersage jedoch immer noch eine Herausforderung der verfügbaren Rechencodes dar. Deshalb wurde innerhalb der "Group for Aeronautical Research and Technology in Europe" (GARTEUR) 2004 die Arbeitsgruppe AG42 gegründet, in der ein validiertes Windkanalexperiment als Grundlage für einen qualifizierten Vergleich unterschiedlicher Rechencodes verschiedener Forschungsgruppen innerhalb Europas im Mittelpunkt steht.
Die AG42 umfasst zwei durchzuführende Tasks, wobei sich das DLR nur an Task 1 beteiligt. Task 1 beinhaltet die Validierung der innerhalb der teilnehmenden Partner zur Verfügung stehenden „Reynolds-gemittelten-Navier-Stokes“-Codes (RANS-codes). Bei der RANS-Modellierung werden dabei die Strömungsgrößen aufgespalten in einen gemittelten und einen fluktuierenden Anteil. Der gemittelte Anteil wird berechnet und der fluktuierende Anteil durch die Turbulenzmodellierung innerhalb des codes parametrisiert. In diesem GARTEUR-Programm wird ein Flugkörper unter 0-20° Anstellung und 22.5° Rollwinkel bei einer Fluggeschwindigkeit von Mach 0.8 untersucht. Zum Vergleich werden die aus dem Validierungsexperiment zur Verfügung stehenden Wanddruckmessungen entlang der Oberfläche des Flugkörpers, Kraftmessungen an der Gesamtkonfiguration als auch an den einzelnen Fins am Heck des Flugkörpers herangezogen. Alle numerischen Simulationen innerhalb dieses Tasks werden an zwei Arten von Gittern durchgeführt, entsprechend der verwendeten Strömungslöser einem strukturierten und einem unstrukturierten. Auf diese Weise soll eine größtmögliche Vergleichbarkeit erzielt werden. Im Rahmen der Partnerschaftsvereinbarung stellt das DLR das unstrukturierte Netz für die übrigen Partner. Task 2 beinhaltet die Berechnung einer reinen Flugkörperkonfiguration ohne Steuerflächen unter hohem Anstellwinkel von 45° mittels der sogenannten „Detached Eddy Simulation“ DES. Bei der DES-Simulation wird die Strömung bzw. das verwendete Gitter in verschiedene Bereiche aufgeteilt und über einen bestimmten Grenzwert werden die Gleichungen in den unterschiedlichen Bereichen entweder mit dem RANS-Verfahren gelöst oder aber über ein Simulationsverfahren, welches die großen Wirbel auflöst und die kleinen modelliert (LES-Verfahren).
Partner
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Industrie |
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Forschung |
Land |
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Frankreich |
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