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Strömungs-Struktur-Kopplung



 Simulation eines Böen-Experimentes
zum Bild Simulation eines Böen-Experimentes

Ein Themengebiet in der Aeroelastik umfasst die Vorhersage von statischen und zeitabhängigen Belastungen und Verformungen an Luft- und Raumfahrtstrukturen unter Nutzung der „Strömungs-Struktur-Kopplung“. Hierbei werden die hochgenauen numerischen Verfahren der „Computational Fluid Dynamics“ (CFD-Modelle) zur Berechnung von stationären und instationären Luftkräften sowie die „Methode der Finiten Elemente“ (FE-Modelle) zur Berechnung der strukturellen Deformationen verwendet. Da es eine Wechselwirkung zwischen Luftkräften und den daraus resultierenden Deformationen der elastischen Struktur gibt, beide Rechenmodelle jedoch unterschiedlich räumlich diskretisiert sind, nutzt man räumliche Interpolationsverfahren zur Kopplung beider Rechengebiete.

Die „Strömungs-Struktur-Kopplung“ ist Teil der Arbeiten in der Fachgruppe „Aeroelastische Stabilität und Systemantwort“. Der Fokus liegt dabei auf der Weiterentwicklung numerischer Verfahren, deren Implementierung in bestehende Software und der Validierung dieser.

Aktuell werden numerische Untersuchungen mit Hilfe der „Strömungs-Struktur-Kopplung“ zu einem Böen-Experiment durchgeführt. Dazu gehört die Modellgenerierung, die Implementierung numerischer Methoden in bestehende Software und die Nachrechnung von Windkanalmessungen. Im Bild ist die numerische Simulation eines Böen-Experimentes zu sehen. Der Vordere Flügel dient dabei als Böen-Generator und erzeugt durch seine Bewegung (z.B. harmonisch) ein instationäres Nachlauffeld, welches auf den dahinterliegenden elastischen Flügel trifft und diesen zu Schwingungen anregt.

Anwendungsbeispiele für die Strömungs-Struktur-Kopplung

  • Flattersimulationen im Zeitbereich (Transonic Dip)
  • Räumliche Kopplung großer Modelle
  • Böen-Simulationen und Vergleich mit Messergebnissen (FLIB2 - Experimente)

Literatur:

  • Neumann, J.; Mai, H. (2013): “Gust Response: Simulation of an Aeroelastic Experiment by a Fluid-Structure Interaction Method”, Journal of Fluids and Structures, Volume 38C, pp. 290-302, http://dx.doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2012.12.007.
  • Schmidt, H.; Neumann, J.; Mai, H. (2011): „Analysis of forced response in a wind tunnel based on Doublet-Lattice-Method“, CEAS Aeronautical Journal, Volume 2, Pages 271-277, http://dx.doi.org/10.1007/s13272-011-0017-5.
  • Mai, H.; Neumann, J.; Hennings, H. (2011): „Gust Response: A Validation Experiment and Preliminary Numerical Simulations“, In Proceedings of the International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics - IFASD , 26 - 29 June 2011, Paris, France.

Kontakt
Dipl.-Ing. Jürgen Arnold
Gruppenleiter Aeroelastische Stabilität und Systemantwort

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aeroelastik

Göttingen

Tel.: +49 551 709-2335

Fax: +49 551 709-2862

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