H. Spark, R. Luckner

Eine Möglichkeit den Treibstoffverbrauch zu senken besteht darin, das Aufwindfeld von Wirbelschleppen vorausfliegender Flugzeuge auszunutzen. Dieses Prinzip machen sich Zugvögel im Formationsflug zunutze. Für Piloten ist der manuelle Formationsflug im treibstoffsparenden Optimalpunkt zu arbeitintensiv. Diese Aufgabe muss ein Flugregler übernehmen. Die Auslegung eines solchen Formationsflugreglers erfordert ein Wirbelschleppensimulationsmodell, welches die von der Wirbelschleppe induzierten Windfelder berechnet. In diesem Beitrag werden zwei verschiedene Wirbelschleppensimulationsmodelle für das Szenario eines stationären Horizontalflugs verglichen und anhand des Ergebnisses des etablierten Stangenwirbelmodells beurteilt. Die zu vergleichenden Simulationsmodelle nutzen einerseits die Prandtlsche Traglinientheorie (engl.: Lifting Line Method, LLM) und andererseits eine instationäre Wirbelgittermethode (engl.: Vortex Lattice Method, VLM). Beide Methoden basieren auf der Lagrangeschen Betrachtungsweise der Bewegung von Fluidteilchen, bei der einzelne Fluidteilchen an vordefinierten Tragflächenpositionen in die Nachlaufströmung übergeben werden und sich dort frei bewegen können. Die Bewegung der Fluidteilchen im Nachlauf führt zur Bildung von Streichlinien. Die Streichlinien werden durch abschnittsweise gerade Wirbelfilamente approximiert. Die Wirbelstärke der Wirbelschleppe wird durch Zirkulationswerte der Wirbelfilamente diskretisiert. Aus den Lage der Wirbelfilamente und ihrer Zirkulation kann das Windfeld der Wirbelschleppe berechnet werden. Die LLM-Simulation basiert auf stärker vereinfachten Annahmen als die VLM. Die Gegenüberstellung beider Modelle leistet einen Beitrag, Modellierungsfehler zu untersuchen, welche durch diese Vereinfachungen entstehen können. Der Vergleich zeigt auch, dass die Ergebnisse beider Berechnungsmethoden in Bezug auf die Wirbelfilamentpositionen und Windfelder bei identischen Parametern ähnlich sind. Die in der LLM umgesetzten Vereinfachungen führen zu einer mit der VLM vergleichbaren Wirbelschleppenberechnung im Falle eines stationären Horizontalfluges. Die Abhängigkeit der Verfahren von ihren Parametern und die Konvergenz hin zu feineren Parametern wird untersucht. Daraus werden Empfehlungen für Parameterwerte abgeleitet.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2020

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

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 13 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2020110612451301978379

10.25967/530245

Wirbelschleppen, Formationsflug

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Spark, H.; Luckner, R. (2020): Vergleich von Wirbelschleppensimulationen für treibstoffsparenden Formationsflug . Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/530245. urn:nbn:de:101:1-2020110612451301978379.

06.11.2020