C03: Steuerung inhomogener Einlassströmungen

Disziplin Aerodynamik

Im Projekt C03 wird die Bedeutung der Einlaufgestaltung für hochintegrierte Hecktriebwerke für die Gesamteffizienz des Flugzeugs untersucht. Es werden verschiedene Einlaufformen entwickelt und sowohl für ein Flugzeug in Originalgröße als auch für das Windkanalmodell (Projekt A01) optimiert. Darüber hinaus wird das Potenzial aktiver Strömungskontrollmethoden zur Anpassung der inhomogenen Strömung im Einlauf erforscht und bezüglich des Einflusses auf die Gesamtenergiebilanz des Flugzeugs bewertet. Der Entwurf wird auf detaillierten numerischen Simulationen des Ansaugbereichs beruhen. Zur Validierung der Entwurfsmethode wird C03 auch an einem Windkanalversuch (Projekt A01) teilnehmen und ein geeignetes Modell des Einlaufes entwerfen und anfertigen.

Motivation

Wie kann die Einlauf- und Triebwerkseinlassgeometrie dazu beitragen, die Synergie einer BLI-180 Konfiguration (180° Grenzsschichteinsaugung) zu optimieren und welches Potenzial bietet aktive Strömungskontrolle?

  • Triebwerksintegration um Grenzschichteinsaugung (BLI) zu ermöglichen führt zu starken Störungen an der Fan-Ebene (lokal unterschiedliche Strömungsprofile)
  • Einlauf und Triebwerkseinlass spielen eine wichtige Rolle, diese Störungen zu beeinflussen/reduzieren.
  • Die Optimierung der Einlaufgeometrie muss dabei die Gesamtenergiebilanz des Flugzeuges, einschließlich Konkurrenzeffekten, berücksichtigen.

Ziel

Entwicklung von Design- und Bewertungsmethoden für 180° grenzschichteinsaugende Triebwerke (BLI-180), einschließlich aktiver Strömungskontrolle.

  • Parametrisierte Geometrie, Parametervariationen und Optimierung mittels einer adjungierten Methode
  • Design verschiedener Versionen des Triebwerkseinlaufes und -einlasses
    ◦ Unterschiedliche Betriebsbedingungen und Design-Strategien
    ◦ Effekt der Grenzschichteinsaugung vs. Leistungsabfall des Fans aufgrund auftretender Störungen vs Energiebedarf aktiver Strömungskontrolle
  • Grundlegende Validierung durch Teilnahme an Windkanalversuchen

Lösungsansatz

Begonnen wird mit einer grundlegenden Parametrisierung der Triebwerkseinlauf- und -einlassgeometrie. Darauf aufbauend wird eine erste Referenz entwickelt, welche als Grundlage und zur Abstimmung mit weiteren Projektpartnern dient. Darauf aufbauend wird eine ausführliche Studie und Optimierung mittels Strömungssimulationen und adjungierter Methoden für ein passives Design (ausschließlich geometrische Variationen, keine aktive Strömungskontrolle) durchgeführt. Für die passive Auslegung werden zwei grundlegende Herangehensweisen betrachtet: Eine Geometrie, welche für alle Flugphasen oder eine Geometrie, welche speziell für den Reiseflug ausgelegt und optimiert wird. Parallel zu Berechnungen des Flugzeuges in Originalgröße wird mit weiteren Projektpartnern ein Windkanalmodell erstellt. Dieses benötigt eine separate, für die im Kanal herrschenden Bedingungen angepasste Geometrie. Im Anschluss zum rein passiven Design wird aktive Strömungskontrolle mit eingebracht, um eine weitere Effizienzsteigerung in allen Flugphasen zu erreichen und/oder speziell die im Design nicht berücksichtigte Phasen auszugleichen. Gegen Ende des Projekts sollen Windkanalversuche mit optimierten Geometrien zur Validierung der Simulationsergebnisse durchgeführt werden.

Rolle in SynTrac

  • Einlauf für Windkanalmodell wird an A01 übergeben, Teilnahme an Experimenten
  • A02: Energieaufteilung und Energiebilanz
  • Angepasste Flugzeugkonfiguration, Strömungsfelder und Randbedingungen werden von A03 geliefert
  • B04 liefert Fan-Leistung unter Störungen im Strömungsfeld, will provide the fan efficiency in disturbed conditions, Nacelle & nozzle design
  • B06: Morphing of inlet/intake surfaces

An "C03: Steuerung inhomogener Einlassströmungen" beteiligte Personen