A. Muhr, E. Özger

"DWLBM - Investigation of Delta Wing Time Dependent Flow Characteristics with Lattice-Boltzmann Method" ist ein Forschungsprojekt der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Hochschule Ingolstadt und umfasst die Analyse der Strömung um einen Deltaflügel in Abhängigkeit des Anstellwinkels, der Pfeilung, des Schiebewinkels, der Vorderkantengeometrie und der Reynoldszahl. Die Simulationen erfolgen am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) mittels des Lattice-Boltzmann Solvers PowerFLOW von der Firma EXA GmbH. Bisherige numerische Untersuchungen am Deltaflügel erfolgten mit Navier-Stokes basierenden Strömungssolvern. Der Lattice-Boltzmann-Ansatz zeichnet sich vor allem in Bezug auf nichtstationäre Strömungsphänomene und den vollständig parallelisierbaren Algorithmus aus. Dieses Paper befasst sich mit der Untersuchung der Strömung um einen Deltaflügel bei unterschiedlichen Vorderkantenpfeilungen ([phi] = 55°, [phi] = 65° und [phi] = 75°) und Anstellwinkeln. Die Deltaflügelkonfiguration besitzt eine scharfe Vorderkante und die Reynoldszahl beträgt 10^6. Ziel ist es, Informationen über die Wirbelstrukturen und deren Aufplatzen, die Kräfte- und Momentenbeiwerte sowie die Zirkulationsverteilung im Fluid in Abhängigkeit der Flügelpfeilung zu erhalten. Die Strömungsanalyse der unterschiedlichen Pfeilungskonfigurationen bei gleichem Auftriebsbeiwert zeigt, dass mit größer werdender Pfeilung der Nickmomentenbeiwert geringer wird und der Widerstandbeiwert sowie der Primärwirbelkernradius, bezogen auf die jeweilige Flügelspannweite b, zunehmen. Die Wirbelzentren verschieben sich hierbei hin zu größeren [eta]-Werten. Bei [phi] = 75° treten in der Scherschicht Kelvin- Helmholtz Instabilitäten auf, die z. T. signifikante Auswirkungen auf die Strömungsstruktur haben. Zusätzlich bildet sich bei hoher Pfeilung ein Terziärwirbel aus. Die Zirkulationsverteilung ist bei intakten Wirbelstrukturen hauptsächlich innerhalb des Wirbels konzentriert und verschiebt sich bei aufplatzenden Wirbeln hin zu größeren Radien des fiktiven ursprünglichen Wirbelzentrums. Weiterhin nimmt der Anstellwinkel, bei dem sich das Wirbelaufplatzen ereignet, mit steigender Flügelpfeilung zu.

DWLBM - Investigation of Delta Wing Time-Dependent Flow Characteristics with Lattice-Boltzmann Method is a research project of the Faculty of Mechanical Engineering at the Ingolstadt University of Applied Sciences and encompasses the analysis of the flow around a delta wing as a function of the angle of attack, sweep angle, sideslip angle, leading edge geometry, and Reynolds number. The simulations are performed at the High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS) using the Lattice-Boltzmann solver PowerFLOW from EXA GmbH. Previous numerical investigations of the delta wing were carried out using Navier-Stokes-based flow solvers. The Lattice-Boltzmann approach is particularly advantageous with regard to non-stationary flow phenomena and its fully parallelizable algorithm. This paper focuses on the investigation of the flow around a delta wing at different leading edge sweep angles ([phi] = 55°, [phi] = 65°, and [phi] = 75°) and angles of attack. The delta wing configuration has a sharp leading edge and a Reynolds number of 106. The aim is to obtain information about the vortex structures and their breakup, the force and moment coefficients, and the circulation distribution in the fluid as a function of the wing sweep. The flow analysis of the different sweep configurations at the same lift coefficient shows that with increasing sweep, the pitching moment coefficient decreases, while the drag coefficient and the primary vortex core radius, relative to the respective wingspan b, increase. The vortex centers shift towards larger [?] values. At [f] = 75°, Kelvin-Helmholtz instabilities occur in the shear layer, which have, in some cases, significant effects on the flow structure. Additionally, a tertiary vortex forms at high sweep. The circulation distribution is mainly concentrated within the vortex when the vortex structures are intact, but shifts towards larger radii of the fictitious original vortex center when the vortices breakup. Furthermore, the angle of attack at which vortex bursting occurs increases with increasing wing sweep.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2015, Rostock

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2015

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201510233179

Deltaflügel, Lattice-Boltzmann Methode

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23.10.2015