Wirbel um den Flügel

Strömungsberechnung an Flügeln mit Hochauftriebseinrichtungen

So genannte Hochauftriebseinrichtungen, wie z.B. Landeklappen und Vorflügel, sorgen an den Tragflächen von Flugzeugen für Auftrieb beim Starten und Landen, beim Steig- und Sinkflug. Der Einsatz dieser Einrichtungen hat jedoch eine Nebenwirkung. Sie stören den Luftstrom und erzeugen Geräusche, die bei Sinkflug und Landung lauter als die Motoren sind. Es geht also bei der Gestaltung und Optimierung sowohl um den entstehenden Lärm als auch um die aerodynamische Leistungsfähigkeit. Um diese Balance bereits in der Planungsphase zu optimieren, werden moderne und leistungsfähige Simulationsmethoden eingesetzt. Dazu zählen Computational Fluid Dynamics (CFD) und Computational Aero-Acoustics (CAA).

Für die Bewertung der aerodynamischen Eigenschaften von Flügeln mit Hochauftriebseinrichtungen wird eine stationäre CFD-Simulation durchgeführt. Aerodynamische Eigenschaften wie Auftrieb, Wiederstand und Drehmoment werden durch die Integration des Strömungsdruckes an der Oberfläche berechnet. Zur Abschätzung des aeroakustisch verursachten Lärms dient eine zweistufige Methode. Den ersten Schritt stellt die Large Eddy Simulation (LES), also der Modellierung großer Luftwirbel, dar. Dieses, zurzeit aktuellste Verfahren im Bereich der transienten CFD-Simulation, ermöglicht die Berechnung einer turbulenten Strömung um den Flügel. Daraus lassen sich zeitlich veränderliche Druckschwankungen auf dem Flügel ableiten, auf deren Grundlage im zweiten Schritt die Schallabstrahlung mittels CAA-Simulation bestimmt wird.

Mit diesen Werkzeugen wurden neue Konzepte untersucht, z.B. eine abgesenkte Vorderkante des Flügels, und mit einer normalen Vorderkante sowie einer so genannten KRÜGER-Klappe (eine Art Vorflügel) verglichen. Danach steigert die abgesenkte Vorderkante den Auftrieb um 12 Prozent gegenüber der normalen Vorderkante, während der Geräuschpegel um 3 bis 10 dB unter dem Wert mit der KRÜGER-Klappe liegt. Diese Ergebnisse verdeutlichen das Potential einer leiseren Technik, auf die viele vom Fluglärm Geplagte warten.

Das Projekt wird durch die Europäische Union im Rahmen des Programms »Clean Sky JTI Green regional aircraft« finanziert.