Einleitung
Eine wesentliche Motivation für die Entwicklung neuer Verkehrsflugzeuge ist die Reduktion der direkten Betriebskosten (DOC), die sich, vereinfacht betrachtet, aus Kapital-, Kraftstoff-, Betriebs- und Wartungskosten zusammensetzen. In Zukunft werden zusätzliche Umweltaspekte eine steigende Bedeutung erlangen und durch erhöhte Start- und Landegebühren eine höhere Gewichtung in den DOC finden. So wurden im Jahr 2008 bereits an den Flughäfen Frankfurt, Köln/Bonn und München emissionsbezogene Landeentgelte eingeführt. Mit Hilfe dieser Entgelte werden den Fluggesellschaften finanzielle Anreize für den Einsatz von besonders umweltfreundlichen Flugzeug-Triebwerks-Kombinationen geschaffen. Eine weitere Herausforderung für den Luftverkehr der Zukunft besteht im stetig wachsenden Bedarf an Passagier- und Frachtkapazitäten. Ein Lösungsansatz sieht vor, kleine regionale Flughäfen mit kürzeren Rollbahnen in das Luftverkehrskonzept der Zukunft zu integrieren. Aus dieser Forderung ergibt sich die Notwendigkeit zur Entwicklung von leisen, kurzstartfähigen und umweltfreundlichen Regionalflugzeugen.
Den oben aufgezeigten Herausforderungen stellt sich das kooperative Forschungsvorhaben "Bürgernahes Flugzeug" (BNF) der Technischen Universität Braunschweig und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Innerhalb des Forschungsvorhabens sollen Technologien für die Entwicklung des Regionalflugzeugs der Zukunft erforscht und bereitgestellt werden.
Der triebwerksseitigen Forderung nach großem Standschub wird die betrachtete generische Flugzeugkonfiguration durch den Einsatz moderner Turboproptriebwerke gerecht. Um fundierte Aussagen über die aerodynamischen Leistungen des eingesetzten Propellers zu treffen, bedarf es umfangreicher numerischer Analysen. Die zu untersuchende Hypothese besagt, dass der laminar-turbulente Umschlag der Propellerblattumströmung erheblichen Einfluss auf dessen aerodynamische Leistung hat.
Aufgabenstellung
Ziel der Arbeit ist eine systematische Untersuchung des Einflusses der Transitionslage auf die aerodynamische Leistung des Gesamtpropellers. Dazu sollen die grundlegenden Mechanismen des laminar-turbulenten Umschlags aus einer Literaturstudie heraus dargestellt und ggf. auf die Verhältnisse auf dem Propellerblatt übertragen werden. Anschließend sollen für ausgewählte fixierte Transitionslagen numerische Simulationen des Propellers mit dem DLR Tau-Code durchgeführt werden. Neben der Variation der Transitionslage soll auch eine Variation der Anströmbedingungen durchgeführt werden.
Bearbeitungszeitraum: Beginn ab April 2013
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Carsten LenfersDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-Gemeinschaft Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Abteilung TransportflugzeugeLilienthalplatz 7D-38108 BraunschweigTel.: 0531 / 295-3315E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)
Hintergrund
Tools und Fähigkeiten
Ansprechpartner
Heinrich LüdekeDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-Gemeinschaft Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Abteilung TransportflugzeugeLilienthalplatz 7D-38108 BraunschweigTel.: 0531 / 295-3315E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)
In den DLR-Projekten „MiTraPor“ und „MiTraPor II“ arbeiten mehrere Institute des DLR daran, die Bewertungsfähigkeit des DLR für militärische Transportflugzeuge auszubauen, da militärische Transportflugzeuge ein deutlich breiteres Spektrum von Aufgaben abdecken müssen, als zivile. Hierzu zählen spezielle operationelle Verfahren wie der taktische Tiefflug, oder das Absetzen und Abwerfen von Lasten während des Fluges.
Im DLR-Projekt „MiTraPor“ wurde vor diesem Hintergrund mit dem Aufbau der Bewertungs-fähigkeit für Lastabsetzszenarien begonnen. Hierzu wurden Simulationsverfahren entwickelt und anhand experimenteller Untersuchungen im Windkanal mit Lastkörpern unterschiedlicher Masse und geometrischer Komplexität validiert[1],[2]. Im Nachfolge¬projekt „MiTraPor II“ liegt ein Schwerpunkt in der weiteren Verbesserung der im Vorgängerprojekt entwickelten Verfahren zur Simulation von Lastabsetzvorgängen.
Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Braunschweig untersuchte dazu experimentell im Windkanal die Strömung um einen generischen Lastkörper, die durch einen hohen Anteil abgelöster Strömung charakterisiert ist. Dabei wurden unterschiedliche Verhältnisse Länge:Breite:Höhe realisiert und die integralen Kräfte an der Last sowie Oberflächendrücke in zehn Schnitten gemessen. Diese experimentelle Datenbasis soll nun zur Validierung numerischer Strömungssimulation mit dem DLR TAU-Code[3] herangezogen werden.
Ausgewählte Messpunkte der Windkanalkampagne sollen an Hand von 3D-Strömungs-simulationen mit dem DLR TAU-Code nachgerechnet werden. Das Ziel ist eine möglichst genaue Validierung der Simulation. Hierzu soll der Einfluss der Modellaufhängung sowie der Einfluss unterschiedlicher Turbulenzmodelle oder der zeitlichen Diskretisierung untersucht werden. Im Anschluss daran soll ein Vergleich zwischen den numerisch und experimentell ermittelten Kräften und Oberflächen¬drücken erfolgen. Diskrepanzen sind herauszuarbeiten und sollen diskutiert werden. Die Vorgehensweise und die Ergebnisse der Arbeit sind schriftlich zu dokumentieren und im Rahmen einer ca. 20minütigen Abschluss¬präsentation vorzustellen. Der Umfang der Aufgabenstellung kann im Einzelnen an die Erfordernisse der jeweiligen Prüfungsordnung angepasst werden.
Die Arbeitsschritte umfassen im Einzelnen:
Wünschenswerte Voraussetzungen:
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Niko BierTel.: 0531 / 295-3342E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)
Kurzbeschreibung:
Für multidisziplinäre Studien im Flugzeug-Vorentwurf wird ein gemeinsames Datenaustauschformat benötigt, über das die Tools aus den verschiedenen Fachdisziplinen miteinander kommunizieren können. Ein solches Datenaustauschformat wird im DLR momentan definiert. Es basiert auf einer hierarchischen Strukturierung und dem XML-Dateiformat und soll alle zur Definition des Flugzeugs notwendigen Daten enthalten. Für den Umgang mit diesen Dateien wird nun noch ein interaktiver Editor benötigt, der einen komfortableren Aufbau und Umgang mit derartigen Dateien ermöglichen soll. Im Rahmen der angebotenen Arbeit soll ein entsprechender Editor zunächst entwickelt und anschließend zum Aufbau von Beispieldatensätzen angewendet werden. Der Schwerpunkt bei dem Editor soll auf der kombinierten Eingabe/ Modifikation und der Visualisierung der Flugzeuggeometrie, basierend auf unterschiedlichen Parametrisierungsansätzen liegen. Für die Handhabung der Datensätze kann auf bereits vorliegende Programmierbibliotheken zurückgegriffen werden.
Download der Ausschreibung im PDF-Format
Carsten LierschDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-Gemeinschaft Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Lilienthalplatz 7D-38108 BraunschweigTel.: 0531 / 295-2434E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)
Jan HimischDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-Gemeinschaft Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Lilienthalplatz 7D-38108 BraunschweigTel.: 0531 / 295-2456E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)