Veröffentlicht am 9.09.2021 von Harsh Pandey
CFD kann ein entscheidendes Werkzeug im Entwurfsprozess sein, da eine angemessene Analyse die Effizienz der gesamten Konstruktion verbessern kann. Unzureichende CFD-Kenntnisse können jedoch gefährlich sein, da schön anzusehende Zahlen sehr gut dazu geeignet sind, die Physik hinter dem Problem zu verbergen. Aus diesem Grund nahm das FVA30-Team am 19. Juli 2021 an einem CFD-Workshop teil, der von unserem Mitglied Leonard Schraven organisiert wurde.
Ziel war es, ein Modell in StarCCM+ zu simulieren und die grundlegenden Flugleistungsvariablen in einem stationären Flug zu untersuchen.
Die Durchführung
Die Schritte einer CFD-Simulation lassen sich grob in fünf Kategorien unterteilen:
- Aufstellung des Modells, damit das Finite-Volumen-Verfahren angewendet werden kann
- Setzen der Rahmenbedingungen
- Festlegen der Ausgangsbedingungen
- Einstellen des Solvers
- Nachbearbeitung der Ergebnisse
Die Erstellung des Modells umfasst die Auswahl der Zeitabhängigkeit, der an der Simulation beteiligten Materialien (Gas, Flüssigkeiten oder Feststoffe), der Art der Strömung, des Strömungszustands und der Zustandsgleichungen. Danach kommt der wichtigste Teil jeder CFD-Simulation - die Erstellung des richtigen Berechnungsnetztes.
Das Netz der Geometrie muss so grob oder fein wie nötig sein, um die Details der Geometrie richtig zu erfassen. Die Einrichtung der Rand- und Anfangsbedingungen ist recht einfach - Angabe der Windgeschwindigkeit, der Windrichtung und des Typs des verwendeten Solvers. Nach fast einer Stunde Einweisung und Beratungen mit Leonard über die Einstellungen konnte der “Solve”-Knopf gedrückt werden, und alle erhielten genaue Diagramme.
Anwendungsmöglichkeiten von CFD in der FVA 30
Einige unmittelbare Anwendungen sind die Feinabstimmung des Designs der NACA-Einlässe für die Luftströmung, der Übergang zwischen dem V-Leitwerk und dem Rumpf am hinteren Ende sowie der Wingpod Eine größere Herausforderung wäre die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Propeller und Leitwerk. Diese Wechselwirkungen können sich auf die Längs- und Querstabilität von Flugzeugen auswirken - sowohl bei zweimotorigen als auch bei einmotorigen Flugzeugen. Diese können bei Propellergrößen, die bei der FVA 30 angewendet werden, erheblich sein. Obwohl die Auswirkungen dieser Wechselwirkungen bereits numerisch mit der Wirbelgittermethode (vortex lattice method) berechnet wurden, sind die Ergebnisse konservativ und unvollständig, da sie die dynamische Druckebene hinter der Propellerebene nicht berücksichtigen. Für eine umfassendere Abschätzung wäre die Simulation von Lastfällen mit CFD wertvoll.
