L.-H. Lemke, O. Luderer, M. Jünemann, M. Montel, F. Thielecke, C. Zumegen, L. Wortmann, P. Strathoff, E. Stumpf

In dieser Veröffentlichung wird der Einfluss von verteilten Antrieben an einem Flügelsegment auf die Tragflächenaerodynamik experimentell und numerisch untersucht. Für die numerische Modellierung werden die Bereiche Propellerebene, Propellernachlauf und Tragfläche betrachtet. Dabei wird für die Modellierung der Strömung innerhalb der Propellerebene eine Blattelement-Impuls-Theorie (BEMT), für den Propellernachlauf ein auf der Rankine?schen Strahltheorie basierendes Propellerstrahl- Kontraktionsmodell und zur Modellierung der Tragflächenaerodynamik ein Mehrfachtraglinienverfahren verwendet. Zusätzlich werden Experimente durchgeführt, um Versuchsdaten zu gewinnen und die theoretischen Modelle für eine spätere Verwendung in der Flugzeugvorentwurfsumgebung MICADO validieren zu können. Die implementierten Modelle werden mit Ergebnissen aus Windkanalversuchen für ein rechteckiges Flügelsegment mit drei verteilten Antrieben verglichen. Dazu wird ein modulares Flügelkonzept (TETRIS) zur Messung von dynamischen Drücken und aerodynamischen Lasten entwickelt. Die modulare Bauweise erlaubt für die betrachtete Reynoldszahl von ungefähr 5105 eine flexible Anordnung der Komponenten und damit die Untersuchung unterschiedlicher Propeller-Flügel- Konfigurationen mit nur einem Windkanalmodell. Im Vergleich mit den Messdaten konnte gezeigt werden, dass die numerischen Ergebnisse mit dem entwickelten Propellermodell insbesondere im linearen Auftriebspolarenbereich eine geringe Abweichung zu den experimentellen Ergebnissen aufweisen. Die lokalen Auftriebsverläufe können zudem mit einem hohen Detailgrad abgebildet werden, wenngleich signifikante Abweichungen zu den experimentellen Daten auftreten. Diese können primär auf eine Unterschätzung der tangentialen Komponente der durch den Propeller induzierten Geschwindigkeit zurückgeführt werden.

This publication investigates the influence of distributed thrusters on a wing segment on wing aerodynamics using experimental and numerical methods. The numerical modeling considers the propeller plane, propeller wake, and wing area. A blade element momentum theory (BEMT) is used to model the flow within the propeller plane, a propeller jet contraction model based on Rankine's jet theory is used for the propeller wake, and a multiple lift-line method is used to model the wing aerodynamics. Experiments are also conducted to obtain data and validate the theoretical models for later use in the aircraft pre-design environment MICADO. The implemented models are compared with results from wind tunnel tests on a rectangular wing segment with three distributed thrusters. For this purpose, a modular wing concept (TETRIS) is developed to measure dynamic pressures and aerodynamic loads. The modular design allows for a flexible arrangement of components at the considered Reynolds number of approximately 5,105, thus enabling the investigation of different propeller-blade configurations with just one wind tunnel model. Comparison with the measured data showed that the numerical results obtained with the developed propeller model exhibit only a small deviation from the experimental results, particularly in the linear lift polar region. Furthermore, the local lift profiles can be represented with a high level of detail, although significant deviations from the experimental data do occur. These can primarily be attributed to an underestimation of the tangential component of the propeller-induced velocity.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019, Darmstadt

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2020

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 14 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2020062613325527982536

10.25967/490115

Verteilte Antriebe, Propeller-Flügel-Interferenz

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Lemke, L.-H.; Luderer, O.; et al. (2020): Aerodynamische Analyse verteilter Antriebe an einem Flügelsegment eines hochgestreckten Flügels. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/490115. urn:nbn:de:101:1-2020062613325527982536.

26.06.2020