Preliminary overall aircraft design with hybrid laminar flow control

• Vorentwurf von Flugzeugen mit hybrider laminarer Strömungskontrolle

Risse, Kristof; Stumpf, Eike (Thesis advisor); Schröder, Wolfgang (Thesis advisor)

Aachen : Shaker (2016, 2017)
Buch, Doktorarbeit

In: Berichte aus der Luft- und Raumfahrttechnik
Seite(n)/Artikel-Nr.: XXX, 200 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Flugzeuggesamtentwurf und der Anwendung hybrider laminarer Strömungskontrolle (HLFC) auf Flügel und Leitwerke. Hierzu wird eine rechnergestützte Methodik vorgestellt, die die bestehende Lücke zwischen dem Flugzeugvorentwurf und den detaillierten Aufgaben des aerodynamischen Laminarflügelentwurfs und der Auslegung des Absaugsystems schließt. Verglichen mit dem Stand der Technik ergibt sich die wichtige neue Fähigkeit, im Zuge automatisierter Flugzeugentwurfsstudien die spezifischen Einflüsse von Transitionsmechanismen und transsonischem Widerstand zugespitzter Pfeilflügel sowie der Systemintegration mitzuberücksichtigen.Die entwickelte Flugzeugentwurfsumgebung MICADO (Multidisciplinary Integrated Conceptual Aircraft Design and Optimization) basiert auf einer flexiblen Softwarearchitektur mit verschiedenen Programmen, die nach einer konsistenten Entwurfslogik ablaufen. Wichtige Elemente für den HLFC-Flugzeugentwurf sind ein thermodynamisches Triebwerksmodell mit Sekundärleistungsentnahme, Berechnungsmethoden für Aerodynamik und Massen des Gesamtflugzeugs sowie ein detailliertes Modell zur Missionssimulation.Zur Einbindung des aerodynamischen HLFC-Flügelentwurfs in den Gesamtentwurf werden ein quasi-dreidimensionaler Ansatz und eine Datenbank mit für verschiedene Entwurfspunkte voroptimierten HLFC-Profilen kombiniert. Die iterative robuste Widerstandsberechnung verbindet ein Euler-Grenzschicht-Verfahren und eine Transitionsvorhersagemethode (einschließlich Querströmungsinstabilitäten) mit geeigneten Transformationen für den zugespitzten Pfeilflügel. Ausgelegte Druck- und Absaugverteilungen werden für die Bestimmung der benötigten Leistung und der Masse des Absaugsystems verwendet.Die Gültigkeit der Gesamtmethodik wird anhand ihrer Anwendung zur Auslegung eines Langstreckenflugzeugs demonstriert. Hierbei werden die wichtigen Einflüsse iterativer Massenzunahme und Komponentenauslegung sowie der Treibstoffplanung für den Ausfall der Laminarität während des Fluges quantifiziert. Das bedeutende Treibstoffeinsparpotential der HLFC-Technologie wird durch die Entwurfsstudien bestätigt; es kann außerdem weiter ausgeschöpft werden durch die integrierte Optimierung von HLFC-Flügelgeometrien für einen maximalen Nutzen im Sinne des Gesamtentwurfs.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme (ILR) [415310]