Verfahren zur Simulation der nichtlinearen Aerodynamik von Luftschiffkonfigurationen:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 7, Strömungstechnik ; 490 |
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Symbol Verzeichnis VIII
1 Einleitung 1
1.1 Allgemeine Einführung 1
1.2 Oberblick zu bisherigen Arbeiten und Stand der Technik 2
1.3 Zielsetzung und Inhalt der vorliegenden Arbeit 6
2 PhSnomene der subsonischen Umströmung angestellter Luftschiffkonfiguratio¬
nen 9
2.1 Beobachtungen und experimentelle Ergebnisse 9
2.2 Beeinflussung der strömungsphysikalischen Effekte 14
2.3 Strömungstopologie 17
3 Näherungsverfahren nach Jones OeLaurier 23
3.1 Generelle Betrachtungen zu Näherungsverfahren 23
3.2 Definition der Kraft und Momentenbeiwerte 24
3.2.1 Angaben im Körpersystem 25
3.2.2 Angaben im aerodynamischen System 27
3.3 Beschreibung der einzelnen Terme 27
3.4 Empirische Erfassung der freien Wirbelschichten 32
4 Berechnung der Außenströmung mittels Potenzialverfahren 35
4.1 Low Order 3D Panelverfahren für inkompressible Strömungen 36
4.1.1 Grundgleichungen und Randbedingungen 36
4.1.2 Diskretisierung und Singularitätenelemente 39
4.1.3 Das Lösungsverfahren mit Einkopplung des Verdrängungseffektes . . 40
4.2 Simulation von Nachläufen 43
4.2.1 Das Zeitschrittverfahren 44
4.2.2 Hinter und Seitenkantenablösung am Flügel 44
4.2.3 Ablösung freier Scherschichten 45
4.3 Einfluss von Propellern 56
4.3.1 Modellierung der Propellerscheibe und des Propellernachlaufes .... 56
4.3.2 Schub und Leistungsberechnung 61
4.4 Berechnung virtueller Massen 62
5 Berechnung kompressibler, dreidimensionaler Grenzschichten 65
5.1 Definition der Koordinatensysteme 66
5.2 Integrale Grenzschichtgleichungen 67
5.3 Berechnung laminarer Grenzschichten 70
5.4 Berechnung turbulenter Grenzschichten 78
5.5 Integration der Grundgleichungen 85
5.6 Besonderheiten des Verfahrens 86
5.6.1 Integration quer zur Hauptintegrationsrichtung 86
5.6.2 Simulation des Verdrängungseffekts anliegender Grenzschichten mit¬
tels Transpirationstechnik 88
6 Ergebnisse 9*
6.1 Näherungsverfahren nach Jones DeLaurier 91
6.2 Potenzial Grenzschichtverfahren 94
6.2.1 Reine Grenzschichtrechnung 94
6.2.2 Verdrängungseffekt 100
6.2.3 Simulation freier Wirbelschichten 103
6.2.4 Propeller 121
6.2.5 Virtuelle Massen 131
7 Zusammenfassung und Ausblick 133
A Definition der Körperform der Luftschiffkonfiguration Lotte 137
B Auflistung der verwendeten Integrale 139
B.l Unbestimmte Integrale 139
B.2 Bestimmte Integrale 139
C Die integralen Parameter der Grenzschichtgleichungen 143
C.l Parameterwerte für laminare Strömung 143
C.2 Parameterwerte für turbulente Strömung 147
C.3 Transformation ins Berechnungssystem 148
O Induktionsformeln ebener Panel mit konstanter Quell und Dipolstarke 1*9
D.l Geometriedefinitionen und Hilfsvariablen 149
D.2 Panel mit konstanter Quellstärke 15°
D.2.1 Das induzierte Potenzial 15°
D.2.2 Die induzierten Geschwindigkeiten 151
D.3 Panel mit konstanter Dipolstärke 151
D.3.1 Das induzierte Potenzial I52
D.3.2 Die induzierten Geschwindigkeiten 1 2
E Herleitung der Induktionsformeln für das Wirbelpanel 155
E.l Grundgleichung der Geschwindigkeitsinduktion 155
E.2 Induktionsformeln für Wirbel die in { Richtung zeigen I5*
E.2.1 Fernfeldlösung l60
E.3 Induktionsformeln für Wirbel die in 77 Rkhtung zeigen 162
E.3.1 Fernfeldlösung 165
Literaturverzeichnis 166
|
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Inhaltsverzeichnis
Symbol Verzeichnis VIII
1 Einleitung 1
1.1 Allgemeine Einführung 1
1.2 Oberblick zu bisherigen Arbeiten und Stand der Technik 2
1.3 Zielsetzung und Inhalt der vorliegenden Arbeit 6
2 PhSnomene der subsonischen Umströmung angestellter Luftschiffkonfiguratio¬
nen 9
2.1 Beobachtungen und experimentelle Ergebnisse 9
2.2 Beeinflussung der strömungsphysikalischen Effekte 14
2.3 Strömungstopologie 17
3 Näherungsverfahren nach Jones OeLaurier 23
3.1 Generelle Betrachtungen zu Näherungsverfahren 23
3.2 Definition der Kraft und Momentenbeiwerte 24
3.2.1 Angaben im Körpersystem 25
3.2.2 Angaben im aerodynamischen System 27
3.3 Beschreibung der einzelnen Terme 27
3.4 Empirische Erfassung der freien Wirbelschichten 32
4 Berechnung der Außenströmung mittels Potenzialverfahren 35
4.1 Low Order 3D Panelverfahren für inkompressible Strömungen 36
4.1.1 Grundgleichungen und Randbedingungen 36
4.1.2 Diskretisierung und Singularitätenelemente 39
4.1.3 Das Lösungsverfahren mit Einkopplung des Verdrängungseffektes . . 40
4.2 Simulation von Nachläufen 43
4.2.1 Das Zeitschrittverfahren 44
4.2.2 Hinter und Seitenkantenablösung am Flügel 44
4.2.3 Ablösung freier Scherschichten 45
4.3 Einfluss von Propellern 56
4.3.1 Modellierung der Propellerscheibe und des Propellernachlaufes . 56
4.3.2 Schub und Leistungsberechnung 61
4.4 Berechnung virtueller Massen 62
5 Berechnung kompressibler, dreidimensionaler Grenzschichten 65
5.1 Definition der Koordinatensysteme 66
5.2 Integrale Grenzschichtgleichungen 67
5.3 Berechnung laminarer Grenzschichten 70
5.4 Berechnung turbulenter Grenzschichten 78
5.5 Integration der Grundgleichungen 85
5.6 Besonderheiten des Verfahrens 86
5.6.1 Integration quer zur Hauptintegrationsrichtung 86
5.6.2 Simulation des Verdrängungseffekts anliegender Grenzschichten mit¬
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6 Ergebnisse 9*
6.1 Näherungsverfahren nach Jones DeLaurier 91
6.2 Potenzial Grenzschichtverfahren 94
6.2.1 Reine Grenzschichtrechnung 94
6.2.2 Verdrängungseffekt 100
6.2.3 Simulation freier Wirbelschichten 103
6.2.4 Propeller 121
6.2.5 Virtuelle Massen 131
7 Zusammenfassung und Ausblick 133
A Definition der Körperform der Luftschiffkonfiguration Lotte 137
B Auflistung der verwendeten Integrale 139
B.l Unbestimmte Integrale 139
B.2 Bestimmte Integrale 139
C Die integralen Parameter der Grenzschichtgleichungen 143
C.l Parameterwerte für laminare Strömung 143
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C.3 Transformation ins Berechnungssystem 148
O Induktionsformeln ebener Panel mit konstanter Quell und Dipolstarke 1*9
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D.2 Panel mit konstanter Quellstärke 15°
D.2.1 Das induzierte Potenzial 15°
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D.3.1 Das induzierte Potenzial I52
D.3.2 Die induzierten Geschwindigkeiten 1" 2
E Herleitung der Induktionsformeln für das Wirbelpanel 155
E.l Grundgleichung der Geschwindigkeitsinduktion 155
E.2 Induktionsformeln für Wirbel die in { Richtung zeigen I5*
E.2.1 Fernfeldlösung l60
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Literaturverzeichnis 166 |
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