New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XV
Contributions to the 24th STAB/DGLR Symposium, Regensburg, Germany, 2024
- 2026
- Buch
- Herausgegeben von
- Andreas Dillmann
- Gerd Heller
- Ewald Krämer
- Christian Breitsamter
- Claus Wagner
- Lars Krenkel
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
Über dieses Buch
Über dieses Buch
This book offers timely insights into research on numerical and experimental fluid mechanics and aerodynamics. It reports on findings by members of the Deutsche Strömungsmechanische Arbeitsgemeinschaft, STAB (German Aerodynamics/Fluid Mechanics Association) and the Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal Oberth e.V., DGLR (German Society for Aeronautics and Astronautics) and covers both nationally and EC-funded projects. Continuing on the tradition of the previous volumes, the book highlights innovative solutions, promoting translation from fundamental research to industrial applications. It addresses academics and professionals in the field of aeronautics, astronautics, ground transportation, and energy alike.
Inhaltsverzeichnis
-
Computational Aerodynamics
-
Frontmatter
-
A Simplified Actuator Line Implementation for the DLR TAU-Code
Mário Firnhaber Beckers, Michael Schollenberger, Thorsten LutzDieses Kapitel befasst sich mit der Implementierung eines vereinfachten Actuator Line (ACL) -Modells innerhalb des TAU-Codes des DLR, wobei der Schwerpunkt auf den Wechselwirkungen zwischen Propellerflügeln liegt. Die Studie vergleicht die neue ACL-Implementierung mit einer bestehenden Methode und hebt die Vorteile eines lokal zellenbasierten Ansatzes hervor, der die Kommunikation zwischen Prozessorkernen reduziert und damit die Recheneffizienz verbessert. Der Abschnitt über die Methodik beschreibt das Funktionsprinzip der neuen ACL und betont die Verwendung einer rotierenden Maske zur Kraftverteilung und die Berücksichtigung der Strömungsbedingungen. Der Ergebnisabschnitt präsentiert integrale Koeffizienten, Rechenressourcen und instabile Strömungseffekte und demonstriert die Genauigkeit der neuen ACL bei der Vorhersage von axialen und tangentialen Geschwindigkeitsverteilungen. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über die Vorteile und Grenzen des neuen ACL-Modells, die mögliche zukünftige Erweiterungen nahelegt, um einen unsteten Zufluss zu berücksichtigen. Dieser Text bietet einen umfassenden Überblick über die neue ACL-Implementierung, ihre Validierung und ihre potenziellen Anwendungen in der Propeller-Flügel-Interaktionsforschung.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractA new Actuator Line (ACL) method was implemented into the TAU-Code for use in CFD simulations of propellers and applications thereof. Compared to the existing ACL implementation, the new method uses a simplified but computationally more efficient approach: for the angle of attack calculation a temporal average of the inflow is used instead of a spatial average, thus eliminating additional core communication. As a result, the ability to capture unsteady inflow is limited, but installation effects which influence the unsteady propeller response can be captured. In order to validate the new method, simulations were carried out for both positive and negative thrust conditions. The integral coefficients are closely aligned to the ACD results and match the fully resolved counterpart to within about 6%, the larger deviations being found for the negative thrust conditions. The unsteady slipstream matches that of the fully resolved simulations well, in both positive and negative thrust conditions. The areas of locally accelerated or decelerated flow, the blade tip vortices and the blade wake are all predicted with similar shape and intensity. Compared to the existing ACL implementation, the computation cost could be slightly reduced (by less than 2%) with similar accuracy of the results. -
Turbulence-Resolving Simulations of a Coaxial Jet Based on Reynolds-Stress Modelling
Marius Herr, Axel ProbstDieses Kapitel vertieft sich in die komplexe Welt der Transsonic-Flow-Phänomene, insbesondere die Interaktion von Triebwerksjets mit der Grenzschicht der Tragflächen in Transportflugzeugkonfigurationen. Die Studie konzentriert sich auf turbulenzlösende Simulationen eines koaxialen Jets mittels Reynolds-Stress-Modellierung, ein kritischer Forschungsbereich angesichts der zunehmenden Größe der Triebwerksgondeln und ihrer engeren Kopplung an die Unterseite des Flügels. Die Forschung verwendet eine hybride RANS-LES-Technik auf der Grundlage des IDDES-Ansatzes, die für die gesamte Konfiguration rechnerisch besser zu handhaben ist als DNS oder LES. Zu den Schlüsselthemen zählen die verwendete numerische Methode, das Maschendesign, die Kalibrierung turbulenter Motorrandbedingungen und ein systematischer Vergleich von RANS, IDDES und experimentellen Daten. Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des neu entwickelten RSM-IDDES, Motorströme mit ausreichender Genauigkeit zu simulieren, wobei die automatische Umschaltung zwischen RANS- und LES-Modi und der nahtlose Übergang zwischen modellierten und aufgelösten Turbulenzen hervorgehoben werden. Die Studie untersucht auch den Einsatz eines synthetischen Turbulenzgenerators, um unzureichend aufgelöste Turbulenzregionen zu vermeiden. Die Schlussfolgerungen unterstreichen das Potenzial von IDDES für komplexe instabile Strömungsphänomene, obwohl RANS- und IDDES-Berechnungen im Allgemeinen vergleichbare Ergebnisse zeigen. Dieses Kapitel bietet wertvolle Einblicke in die Nuancen der Simulation von transonischen Strömungen, was es zu einer fesselnden Lektüre für Fachleute macht, die die neuesten Fortschritte auf diesem Gebiet verstehen wollen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractThis study deals with turbulence-resolving simulations of a coaxial jet configuration from the CoJeN project using a novel hybrid RANS-LES methodology. Particular attention is paid to the accuracy of the hybrid simulations. Therefore, a Reynolds-stress background model (RSM) is employed in connection with the Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) method. Additionally, in order to achieve the highest possible consistency with experimental data, the turbulent intensity within the engine is carefully adjusted. The study provides a detailed quantitative comparison of velocity as well as Reynolds-stress profiles of RANS, IDDES and experimental data. Finally, the study confirms that the new RSM-IDDES is suitable for accurately simulating jet flows. -
Robustness, Accuracy and Efficiency of the Discontinuous Galerkin Spectral Element Method under Local Mesh Refinement
Miquel Herrera, Ralf HartmannDieses Kapitel vertieft die Leistung der diskontinuierlichen Galerkin-Spektralelementmethode (DGSEM) unter lokaler Verfeinerung und vergleicht sie mit anderen numerischen Methoden wie Finite Volume (FV) und allgemein diskontinuierlichen Galerkin-Formulierungen (DG). Die Studie konzentriert sich auf zwei wichtige Testfälle: den Taylor-Green-Vortex und den periodischen Hügel. Für den Taylor-Green-Vortex untersucht die Studie die Stabilität und Genauigkeit der Methode auf anspruchsvollen Maschen, einschließlich lokal verfeinerter und global verfeinerter Gitter. Der periodische Testfall zeigt die Robustheit und Genauigkeit der Methode unter realistischeren Bedingungen und zeigt, dass die Verfeinerung lokaler Netze zu Kosteneinsparungen führen kann, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Das Kapitel kommt zu dem Schluss, dass DGSEM eine vielversprechende Methode ist, um die Kosten von Großwirbelsimulationen (LES) in Luft- und Raumfahrtanwendungen zu senken, vorausgesetzt, die Anpassungsstrategien werden mit Bedacht angewendet.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractWe consider the split-form discontinuos Galerkin spectral element discretization (DGSEM) of the compressible Navier-Stokes equations in the CFD software by ONERA, DLR and Airbus (CODA). We extend this implementation to treat meshes with hanging nodes and empirically study its robustness, accuracy and efficiency in combination with a curvilinear nonconforming grid, for two standard test problems in the context of scale-resolving simulations. Compared to the conforming case, we find that robustness is maintained, that local refinement by means of octree element subdivision is effective at increasing accuracy, and that there exists great potential for efficiency gains provided that an effective adaptation strategy is employed. -
Entropy-Stable Fluxes for High-Order Discontinuous Galerkin Simulations of High-Enthalpy Flows
Georgii Oblapenko, Arseniy Tarnovskiy, Moritz Ertl, Manuel TorrilhonDieses Kapitel untersucht die Entwicklung und Anwendung entropy-stabiler Flüsse für hochgradig diskontinuierliche Galerkin-Simulationen (DG) von Hochenthalpieflüssen. Der Schwerpunkt liegt auf der Überwindung numerischer Stabilitätsprobleme und der genauen Modellierung komplexer, auf verschiedene Arten reagierender Ströme. Der Text führt einen neuartigen Ansatz zur Ableitung entropisch-konservativer Flussfunktionen ein, der rechnerisch effizient und unabhängig von der Komplexität interner Energieausdrücke ist. Zu den Schlüsselthemen gehören die Steuerungsgleichungen für inviskose Flüsse verschiedener Arten, die Ableitung entropisch-konservativer Flüsse und die Implementierung dieser Flüsse im Rahmen von Trixi.jl. Das Kapitel stellt numerische Ergebnisse für verschiedene Testfälle vor, wie eine schwache Druckwelle, eine räumlich homogene chemische Entspannung und einen Mach 10-Fluss um einen Zylinder. Die Ergebnisse zeigen eine hervorragende Übereinstimmung mit Referenzlösungen und unterstreichen die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode. Die Schlussfolgerungen betonen das Potenzial von entropiestabilen Methoden hoher Ordnung zur Simulation von Hochenthalpieflüssen mit starken Schocks und nicht konformen Maschen, die durch adaptive Maschenverfeinerung gewonnen werden.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractIn the present work, we extend the Discontinuous Galerkin Spectral Element Method (DGSEM) to high-enthalpy reacting gas flows with internal degrees of freedom. An entropy- and kinetic energy-preserving flux function is proposed which allows for use of arbitrary expressions for the internal energies of the constituent gas species. The developed method is applied to simulation of several model problems and compared to the DLR TAU solver. -
Development and Assessment of an Immersed Boundary Method in an Unstructured Flow Solver for Steady and Scale-Resolving Simulations
Roberto Sanchez-Ortiz, Jesús Miguel Sánchez Gil, Axel ProbstDieses Kapitel befasst sich mit der Entwicklung und Bewertung einer Immersed Boundary Method (IBM) innerhalb des unstrukturierten Flowsolvers CODA und konzentriert sich dabei sowohl auf stetige als auch auf maßstabsauflösende Simulationen. Die Studie unterstreicht die Implementierung von IBM unter Verwendung des geometrischen Ansatzes von Constant et al., integriert mit Muskers Wandfunktion zur Nahwandmodellierung. Der Text behandelt die Verifikation von IBM in RANS-Simulationen anhand von Testfällen wie dem Profil NACA0012 und dem Flügel ONERA M6 und demonstriert präzise Vorhersagen von Druck und Reibungskoeffizienten. Darüber hinaus wird die Anwendung von IBM in maßstabsgetreuen Simulationen untersucht, insbesondere Wall-Function LES, die durch einen periodischen Kanalfluss validiert und auf das rudimentäre Landing Gear von Boeing angewendet wird. Das Kapitel schließt mit Einblicken in die Wirksamkeit der Methode und Bereiche für weitere Verbesserungen, wie die Verringerung der künstlichen Ableitung zur Verbesserung der Genauigkeit.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractAn Immersed Boundary Method (IBM) is implemented in the unstructured CFD software by ONERA, DLR, Airbus (CODA), using an automatic generation of nonconforming grids. The method is applied to steady turbulent simulations of a subsonic NACA0012 airfoil at several angles of attack and the transonic ONERA M6 wing, as well as to scale-resolving simulation of the Rudimentary Boeing Landing Gear. With results being widely consistent with reference data from body-fitted simulations and available validation data, the method is shown to offer a useful alternative to body-fitted methods. -
Numerical Investigation of Wall Curvature Effect on Air Cooling Lines with Tilted Heat Exchanger for Electrified Aero Engines
Prabhjot Singh, Sebastian Merbold, Stefanie de GraafDiese Studie geht den Herausforderungen der Integration von Wärmetauschern (HEX) in Luftkühlkanäle für Wärmemanagementsysteme in elektrifizierten Flugzeugtriebwerken nach. Mithilfe der Large Eddy Simulation (LES) und eines porösen Medienansatzes wird untersucht, wie Wandkrümmung die Luftströmungsdynamik vor und nach dem geneigten HEX beeinflusst. Die Untersuchung konzentriert sich auf verschiedene Krümmungsradien und deren Auswirkungen auf Strömungsabscheidung, Wiederanhaftung und Druckabfall. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die entscheidende Rolle der nachgelagerten Krümmung bei der Erzielung von Fließglätte und die Bedeutung einer Minimierung der vorgelagerten Krümmung, um die Fließtrennung zu verringern. Die Studie beleuchtet auch die Zielkonflikte zwischen Wärmeübertragungseffizienz und Druckabfall und liefert wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung effizienterer Kühlsysteme. Durch die Nutzung fortschrittlicher Simulationstechniken trägt diese Forschung zur Entwicklung von Lösungen für das Wärmemanagement zukünftiger elektrifizierter Flugtriebwerke bei, die den Anforderungen der Luftfahrtstrategie "Flightpath 2050" gerecht werden.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractHeat exchangers (HEXs) are essential in the thermal management of electrified aero engines are characterized by extensive heat transfer surfaces. In fuel-cell based electric propulsion systems, efficient heat rejection at low temperatures is crucial, presenting challenges such as high weight demands and significant drag, which can reduce overall aircraft efficiency. Accurately computing airflow through these complex structures is a major challenge. This study employs simplified modeling techniques to simulate airflow in cooling lines and HEX, with a focus on improving airflow characteristics to increase efficiency. The results demonstrate that increased curvature downstream correlates with reduced flow separation and improved flow stability, while excessive curvature upstream intensifies flow stagnation and separation, leading to increased pressure drops. Overall, this research provides critical insights that can support innovative designs of cooling lines and contributing to more efficient thermal management systems and improved performance in aerospace applications. -
Physics of Spanwise Gaps between Lifting and Control Surfaces: An Analysis Using RANS and Hybrid RANS-LES Methods
Larissa B. Streher, Axel ProbstDieses Kapitel geht den komplexen Strömungsphänomenen nach, die durch spanisch bedingte Lücken zwischen Hub- und Steuerflächen in Flugzeugen hervorgerufen werden, wobei sowohl Reynolds-gemittelte Navier-Stokes (RANS) als auch hybride RANS-Large-Wirbel-Simulationsmethoden (LES) zum Einsatz kommen. Die Studie konzentriert sich auf das Benchmark Active Controls Technology (BACT) -Modell, das zwei statische Ablenkwinkel der Steuerfläche und deren Auswirkungen auf die aerodynamische Effizienz untersucht. Schlüsselthemen sind die Modellierung von Steuerflächen, Ansätze zur Turbulenzmodellierung und die Erzeugung von Rechennetzen. Die Ergebnisse heben die Bildung von Kreislaufzonen und stromlinienförmigen Wirbeln hervor, wobei bemerkenswerte Unterschiede zwischen den Methoden SST RANS, SA RANS und SA IDDES beobachtet werden. Die Forschung kommt zu dem Schluss, dass SA RANS und SA IDDES Methoden eng aufeinander abgestimmte Ergebnisse liefern, was SA RANS zu einer praktischen Wahl für die Modellierung spanischer Lückenströme bei kleinen Ablenkwinkeln macht. Die Studie legt nahe, weitere Forschungen mit wandmodelliertem LES für höhere Ablenkwinkel durchzuführen, um das Strömungsverhalten und die Grenzen des Turbulenzmodells besser zu verstehen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractHigh-fidelity modeling of control surfaces is crucial in designing new aircraft equipped with active control systems. Since sealing spanwise gaps between lifting and control surfaces poses a significant geometric challenge, these gaps must be thoroughly considered in aerodynamic analyses of novel configurations. To better understand the effects of such gaps, we examine here the transonic flow through the spanwise gaps of the Benchmark Active Control Technology model, with trailing edge control surface deflections of \(-9.9^\circ \) and \(-5.0^\circ \). Using RANS and wall-modeled LES turbulence approaches, this study reveals large, counter-rotating streamwise vortices and substantial streamwise recirculation zones, both highly sensitive to the control surface deflection angle. Results also indicate that RANS models are an efficient alternative for small control surface deflection angles, while wall-modeled LES approaches would only be advantageous at larger deflections. -
Coupled CFD-Flight Mechanics Simulation of a Wing Unfolding Process with Chimera Technique
Finn Wilden, Mareike SemprichDieses Kapitel untersucht die Simulation des Flügelfaltungsprozesses in Marschflugkörpern mittels eines gekoppelten Ansatzes aus Computational Fluid Dynamics (CFD) und Flight Mechanics (FM). Die Studie nutzt die Chimera-Technik, um mit geometrischen Veränderungen während des Entfaltungsprozesses umzugehen und so die Notwendigkeit einer Neuverzahnung zu vermeiden. Die Forschung baut auf früheren Methoden auf und geht zur Verbesserung der Genauigkeit von potenziell basierten zu URANS-Methoden über. Die Studie verwendet eine vereinfachte Marschflugkörperkonfiguration und variiert Schlüsselparameter wie Motordrehmoment, Federkonstante und Flugbedingungen, um ihren Einfluss auf den Entfaltungsprozess zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode das mechanische Verhalten der Flügel und das aerodynamische Verhalten der Rakete insgesamt effizient vorhersagen kann. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Ergebnisse zwar konsistent und vernünftig sind, eine weitere Validierung in komplexeren und realistischeren Szenarien jedoch erforderlich ist.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractCruise missiles typically feature foldable wings to optimise storage and transport, necessitating rapid wing unfolding post-launch to ensure aerodynamic efficiency and stability. This study presents a coupled CFD - Flight Mechanics method for the simulation of a wing unfolding process of a cruise missile, marking a step towards predicting critical maneuvers during launch. Using the DLR TAU code with Chimera technique and its Six-Degree-of-Freedom module, the method effectively captures the dynamics of the wing unfolding while avoiding constant mesh regeneration. The unfolding process is driven by a predefined external torque and stopped using a spring-damper system to replicate realistic unfolding dynamics. A simplified cruise missile configuration is used, operating at \(\textrm{Ma}=0.8\) and \(\textrm{Re}_c=4.4\times 10^6\). A mesh convergence study and a comparison of results from a Chimera and a classical mesh is done for verification. Parameter variations across different motor torques, spring constants and flight conditions confirm the robustness and demonstrate the feasibility of the method in predicting both aerodynamic and mechanical responses during the unfolding process. Future work will focus on incorporating degrees of freedom to the fuselage, a more realistic missile configuration and also applying the method to the fin unfolding.
-
-
Aeroacoustic Noise
-
Frontmatter
-
Characterizing Airflow Turbulence in the Acoustic Wind Tunnel Braunschweig (AWB) Using Turbulence Grids
Sparsh Sharma, Alexandre Suryadi, Michaela HerrDieses Kapitel geht der Charakterisierung von Luftströmungsturbulenzen im Akustischen Windkanal Braunschweig (AWB) anhand unterschiedlicher Turbulenzgitter nach. Die Studie konzentriert sich darauf, wie diese Netze Turbulenzintensität und Skaleneffekte beeinflussen und liefert entscheidende Erkenntnisse für die Optimierung des Netzdesigns in Windkanaltests. Wichtige Themen sind der Versuchsaufbau, der numerische Ansatz und die aerodynamische Charakterisierung des Windkanals. Die Ergebnisse unterstreichen den Einfluss des Netzdesigns auf Turbulenzintensität und Isotropie, wobei kleinere Balkenabstände und höhere Verstopfungsraten größere Turbulenzintensitäten erzeugen. Die Studie untersucht auch den stromlinienförmigen Zerfall von Turbulenzen und den Vergleich von spanischer und vertikaler Längenskala. Die Schlussfolgerungen betonen die Bedeutung der Auswahl des geeigneten Netzaufbaus für spezifische aeroakustische Testanforderungen und unterstützen die Entwicklung leiserer und aerodynamischerer Strukturen. Diese Forschung bietet wertvolle Daten und Methoden für Fachleute, die ihr Verständnis der Luftströmungsturbulenzen und ihrer Auswirkungen auf Windenergie und Schallschutz verbessern wollen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractThis study investigates the impact of turbulence grid configurations on generating controlled inflow turbulence in the Acoustic Wind Tunnel Braunschweig (AWB). Turbulence grids of varying bar sizes and spacings were used, allowing an analysis of the resulting turbulence intensities and flow characteristics over a range of turbulence levels and Reynolds numbers. The present study combines high-resolution Large Eddy Simulations (LES) with cross-wire velocity measurements to characterize the turbulence intensity and isotropy downstream of the grid and around an airfoil section. Findings highlight the influence of grid design on turbulence structure, with denser grids producing more isotropic turbulence, whereas sparser grids produce anisotropy. -
Acoustic Measurement and Time-Resolved Traffic-Noise Simulation in the Graefekiez
Lars Siegel, Tobias S. Müller, Daniel KrajzewiczDieses Kapitel widmet sich dem kritischen Thema städtischer Lärmbelästigung und konzentriert sich dabei auf den Berliner Graefekiez. Die Studie stellt langfristige Lärmmessungen vor, die an drei Schlüsselstandorten über mehrere Wochen durchgeführt wurden, und liefert eine detaillierte Analyse der Geräuschmuster über den ganzen Tag. Die Messungen zeigen deutliche Schwankungen des Geräuschpegels, mit minimalem Lärm während der Nachtstunden, erhöhten Pegeln während der morgendlichen und abendlichen Stoßzeiten und relativ konstantem Lärm während des Tages. Die Studie verwendet auch fortgeschrittene numerische Simulationen unter Verwendung der CNOSSOS-EU-Richtlinie und des Verkehrssimulationstools SUMO, um zeitaufgelöste Lärmkarten zu erstellen. Diese Simulationen helfen, die Auswirkungen des Straßenverkehrs auf den Geräuschpegel zu visualisieren und mit realen Messungen zu vergleichen. Der Vergleich zeigt eine gute qualitative Übereinstimmung, aber auch erhebliche Diskrepanzen, insbesondere aufgrund zusätzlicher Lärmquellen, die in den Simulationen nicht berücksichtigt werden. Die Studie schließt mit einer Diskussion über die Beschränkungen und zukünftige Richtungen, in der die Notwendigkeit umfassenderer Datenerfassung und fortschrittlicher Rauschsensoren betont wird, um die Genauigkeit von Rauschprognosen zu verbessern. Dieses Kapitel bietet wertvolle Einblicke in das komplexe Zusammenspiel zwischen Verkehrslärm und urbanem Leben und ist daher eine fesselnde Lektüre für jeden, der sich für städtische Akustik und Umweltgesundheit interessiert.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractWe report about noise measurements that were carried out for several weeks at fixed locations within the Graefekiez in Berlin. The aim was the local long-term assessment of noise immissions in urban agglomerations and the evaluation of the corresponding impact on the residents’ quality of life. The on-site measurements are compared to time-resolved traffic-noise simulations in order to investigate the impact of traffic-noise immissions in comparison to other sources of urban noise and to investigate the extent to which numerical traffic noise simulations can represent the actual noise pollution. -
Flow Separation Noise Sources
Alexandre Suryadi, Michaela HerrDiese Studie vertieft sich in die komplexe Welt der Strömungsabscheidungsgeräuschquellen in Rotorblättern von Windkraftanlagen und konzentriert sich auf die Auswirkungen turbulenter Grenzschichtabscheidung auf aerodynamische Leistung und Geräuschemissionen. Die Forschung nutzt fortschrittliche Techniken wie kohärente Ausgangsleistungsanalysen und Phasen-Mikrofon-Array-Messungen, um Störgeräusche im Zusammenhang mit der Strömungstrennung zu identifizieren und zu klassifizieren. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehört das Vorhandensein von sowohl Dipol- als auch Quadrupolschallquellen, wobei der Schalldruckpegel für jede dieser Quellen unterschiedlich skaliert wird. Die Studie untersucht auch die Rolle von Spitzengeräuschen und ihre Wechselwirkung mit anderen Geräuschquellen und liefert ein umfassendes Verständnis des akustischen Verhaltens von Rotorblättern unter verschiedenen Bedingungen. Der in der Studie detaillierte Versuchsaufbau umfasst die Messung von Rauschen in verschiedenen Angriffswinkeln und Reynolds-Zahlen mit einem statischen 1: 6-Klingenmodell mit einem NACA 64-618-Profil. Die Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke in die durch Strömungsabscheidung verursachten Geräuschquellen und tragen erheblich zur Aerodynamik und Akustik bei.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractThe self-noise of a cantilever blade tip model was measured in the open jet test section of the low-speed wind tunnel Braunschweig (NWB) of the German-Dutch Wind Tunnel consortium (DNW). This noise was measured using 10 free-field microphones, distributed equally facing each side of the model, and using a phased-microphone array facing its pressure side. Coherent output power resolved the dipole sound sources at low frequency, whereas the phased-microphone array indicate the presence of quadrupole noise source at the mid-frequency range, provided that the blade model is at a large near-stall angle of attack. The coherent output power technique enabled the evaluation of low frequency noise that was not achievable using the present microphone array. -
Broadband Noise Simulation of Small Coaxial Rotor Configurations
Jianping YinDieses Kapitel beschäftigt sich mit der Simulation von Breitbandrauschen für kleine koaxiale Rotorkonfigurationen, ein entscheidender Aspekt für eVTOL- und Drohnenanwendungen. Die Studie verwendet eine mittelgenaue Werkzeugkette, die den Broadband Noise Code (BbaN) mit einer ungefähren Grenzschichtanalyse auf Grundlage der 3D-Unsteady-Panel-Methode (UPM) des DLR kombiniert. Dabei werden Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten aus dem Akustischen Windkanal des DLR verglichen, wobei der Schwerpunkt auf unterschiedlichen koaxialen Konfigurationen und Flugbedingungen liegt. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen der signifikante Einfluss der Genauigkeit der Grenzschichtinformationen auf Breitbandrauschprognosen und die erfolgreiche Validierung der numerischen Methodik mit experimentellen Daten. Die Studie unterstreicht auch die dominante Rolle des harmonischen Rauschens beim Schalldruckpegel insgesamt und die beobachteten Trends im Breitbandschallverhalten bei unterschiedlicher Rotor-Rotor-Trennung. Diese umfassende Analyse liefert wertvolle Erkenntnisse zur Verbesserung von Vorhersagemodellen für kleine Multirotorsysteme.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractIn small multirotor configurations such as eVTOL or drones, the broadband noise can become a dominant noise source. The low tip Mach number and disturbed rotor inflow can have a significant influence on both the noise spectra and the noise directivity, especially in high frequency. The broadband noise of small multirotor configurations was simulated using DLR’s broadband noise code (BbaN) and compared with test results from DLR’s Acoustic Wind tunnel in Braunschweig (AWB). The boundary layer characteristics required for broadband noise predictions are derived with DLR’s free wake unsteady panel code UPM using viscous-inviscid coupling. The noise source characteristics and the contribution of the broadband noise are analyzed for different coaxial configurations and flight conditions.
-
-
Flow Control
-
Frontmatter
-
Numerical Study for Active Flow Control on High-Lift Configurations by Oscillating Dropped-Hinge Flaps
Paloma García–Guillén, Johanna K. Kärner, Christian BreitsamterDieses Kapitel befasst sich mit der numerischen Erforschung der aktiven Durchflusskontrolle mittels oszillierender Fallenklappen, um die Hubleistung in Hochliftkonfigurationen zu verbessern. Die Forschung konzentriert sich auf die Wechselwirkung zwischen Klappenoszillation und Vortex-Shedding und zielt darauf ab, aerodynamische Eigenschaften wie den Aufzugskoeffizienten zu optimieren. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die nichtlineare Variation des Aufzugs mit reduzierter Frequenz und der signifikante Einfluss der Schwingungsamplitude auf die Verbesserung des Aufzugs. Die Studie untersucht auch den Einfluss unterschiedlicher Lappenauslenkwinkel und deren Auswirkungen auf die Strömungstrennung und -rückbindung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Schwingung der Klappe den zeitgemittelten Aufzugskoeffizienten um fast 30% über eine konstant eingesetzte Klappe erhöhen kann, wobei niedrigere Frequenzen die Wiederanbindung des Flusses verbessern und höhere Frequenzen die Trennung verzögern. Die Untersuchung liefert wertvolle Erkenntnisse über das Potenzial aktiver Flusskontrolle, die Effizienz moderner Transportflugzeuge zu verbessern und damit einen Beitrag zu ökologischen und ökonomischen Nachhaltigkeitszielen im Luftfahrtsektor zu leisten.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractOscillating trailing-edge flaps have the potential to improve transport aircraft efficiency by leveraging dynamic lift effects, enabling larger flap deflection angles and higher average lift coefficients than traditional high-lift systems. This study presents a numerical investigation of a generic high-lift configuration, based on the NASA high-lift research airfoil, featuring a harmonically oscillating dropped-hinge flap. Numerical flow simulations are conducted on a block-structured grid using steady and unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes methods at landing flow conditions, and the numerical setup is validated against experimental data. Design parameters include mean flap deflection angle, oscillation frequency, and amplitude. A delay in flow separation and an increase in time-averaged lift coefficient are observed compared to a steady deployed flap, with these phenomena strongly dependent on the parameter space and further unsteady effects, such as vortex shedding. The gained insights contribute to evaluate how oscillating flaps drive lift enhancement, ultimately aiming to improve future high-lift systems. -
Gust Load Alleviation on an Elastic High Aspect Ratio Wing by Means of Load Redistribution
Marco Hillebrand, Thorsten Lutz, Ewald KrämerDieses Kapitel befasst sich mit innovativen Strategien zur Minderung von Böenlasten auf Tragflächen mit hohem Streckungsverhältnis (HARW), einem entscheidenden Aspekt des modernen Flugzeugdesigns, der darauf abzielt, die aerodynamische Effizienz zu steigern und die Umweltauswirkungen zu verringern. Die Studie konzentriert sich auf zwei primäre Methoden: statische und dynamische Lastumverteilung mittels Hinterkantenklappen (TEF) und einer Kombination aus Tropfennase (DN) und TEF. Die Forschung setzt fortschrittliche Simulationen der Strömungsberechnung (CFD) und der Berechnungsstrukturmechanik (CSM) ein, um die Wirksamkeit dieser Techniken zu bewerten. Schlüsselergebnisse zeigen, dass eine statische Lastumverteilung das Biegemoment während des Reiseflugs um bis zu 10% verringern kann, während eine dynamische Ablenkung der Steuerflächen dieses Potenzial weiter steigern kann. Die Integration von Vorderkantenklappen (LEF) mit TEF zeigt die signifikanteste Lastminderung und reduziert das Biegemoment um bis zu 20%. Die Studie unterstreicht auch den Einfluss der Flügelelastizität auf die Lastumverteilung und zeigt, dass dynamische Durchbiegungen einen stärkeren Einfluss auf elastische Flügel haben als starre Flügel. Darüber hinaus liefern die Forschungsergebnisse Einblicke in die Zielkonflikte zwischen der Lastentlastung und anderen Leistungsfaktoren wie Luftwiderstand und Passagierkomfort. Die Schlussfolgerungen bieten wertvolle Anhaltspunkte für Flugzeugkonstrukteure, die bestrebt sind, die Flügelleistung zu optimieren und strukturelle Belastungen zu verringern, was letztlich zu einer effizienteren und umweltfreundlicheren Luftfahrt beiträgt.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractThe concept of load redistribution provides a further way for gust load alleviation besides dynamic flap deflections. In this context, URANS CFD-CSM simulations were performed for an elastic and URANS for a rigid high aspect ratio wing, respectively, using a load dominant, vertical 1-cos gust. Static and dynamic load redistribution using spanwise segmented trailing and leading edge flaps were investigated. A higher gust load alleviation potential is demonstrated with the load redistribution using dynamic flap deflections. In this case, the gust-induced bending moment at the wing root is reduced by 77.5% with the utilization of leading and trailing edge flaps. -
Optimizing Pulsed Blowing Parameters for Active Separation Control in a One-Sided Diffuser Using Reinforcement Learning
Alexandra Müller, Tobias Schesny, Ben Steinfurth, Julien WeissDiese Studie untersucht die Optimierung aktiver Flusskontrollparameter in einem einseitigen Diffusor mittels Deep Arcement Learning (DRL). Die Forschung konzentriert sich auf die Effizienz periodischer Anregungen und die Bedeutung von Zeitskalen in der Flusskontrolle. Die Studie setzt Pulsed Jet Actuators (PJAs) ein und untersucht den Einfluss verschiedener Belohnungsfunktionen und Standardabweichungen auf die Optimierungsleistung. Die Ergebnisse zeigen, dass DRL effektiv Flusskontrollparameter optimieren kann, wobei sich die Belohnungsfunktion als die effizienteste erweist. Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung der Exploration im Lernprozess und schlägt zukünftige Forschungsrichtungen vor. Die Ergebnisse tragen zum wachsenden Wissensstand über die Anwendung maschineller Lerntechniken bei Problemen der Strömungsmechanik bei.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractReinforcement learning is employed to optimize the periodic forcing signal of a pulsed blowing system that controls flow separation in a fully-turbulent \(Re_\theta = 1000\) diffuser flow. Based on the state, that is derived from interpolated wall shear-stress measurements in the wind-tunnel, Proximal Policy Optimization is used to iteratively adjust the forcing signal outside of the experiment. Out of the reward functions investigated in this study, the incremental reduction of flow reversal per action is shown to be the most sample efficient. Less than 100 episodes are required to find the parameter combination that ensures the highest control authority for a fixed mass flow consumption. Fully consistent with recent studies, the algorithm suggests that the mass flow is used most efficiently when the actuation signal is characterized by a low duty cycle where the pulse duration is small compared to the pulsation period. The results presented in this paper promote the application of reinforcement learning for optimization tasks based on turbulent, experimental data. -
POD Analysis of Shock / Turbulent Boundary Layer Interactions under Separation Control
Deepak Prem Ramaswamy, Anne-Marie SchreyerDiese Studie vertieft sich in die komplexe Welt der Wechselwirkungen zwischen Stoßwellen und Grenzschichten (SWBLIs) und die Rolle von Luftstrahl-Wirbelgeneratoren (AJVGs) bei der Steuerung der Strömungsabscheidung. Durch akribische Experimente in einem Trischall-Windkanal wird untersucht, wie unterschiedliche Düsenabstände die Wirksamkeit der Trennkontrolle beeinflussen. Die Studie nutzt Momentaufnahme-POD, um Geschwindigkeitsfelder zu zerlegen und enthüllt die vorherrschenden kohärenten Strukturen und ihr Verhalten unter verschiedenen Kontrollbedingungen. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Ermittlung optimaler Düsenabstände zur Maximierung der Kontrolleffektivität und die Beobachtung, dass AJVGs die grundlegenden Mechanismen, die SWBLIs regeln, nicht verändern. Die Forschung unterstreicht auch die Bedeutung von Parametern wie Druck, Durchmesser und Orientierung bei der Erreichung der gewünschten Ergebnisse bei der Durchflusskontrolle. Durch die detaillierte Analyse der Interaktion zwischen AJVGs und SWBLIs bietet diese Studie wertvolle Erkenntnisse für Fachleute, die die Leistungsfähigkeit von Hochgeschwindigkeitsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt verbessern wollen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractExperiments were carried out to better explain the role of air-jet vortex generators (AJVGs) in modifying the mechanisms that govern a strongly separated shock-wave/turbulent boundary layer interaction (SWBLI). A \(24^o\) compression-ramp interaction at Mach 2.52 and \(Re_\theta = 8225\) served as the baseline case. Three different jet-spacing AJVGs were adopted to incite varying degrees of interaction with the SWBLI. Velocity measurements at streamwise/wall-normal and streamwise/spanwise planes were conducted using PIV and the obtained datasets were decomposed using the snapshot-POD algorithm. The POD analysis shows that the eigenspectra and the corresponding mode shapes are similar for all tested cases. Thus, despite the varying degrees of interaction and separation-control effectiveness, AJVGs do not seem to modify the structure and mechanisms of strongly separated SWBLIs.
-
- Titel
- New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XV
- Herausgegeben von
-
Andreas Dillmann
Gerd Heller
Ewald Krämer
Christian Breitsamter
Claus Wagner
Lars Krenkel
- Copyright-Jahr
- 2026
- Verlag
- Springer Nature Switzerland
- Electronic ISBN
- 978-3-032-11115-9
- Print ISBN
- 978-3-032-11114-2
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-032-11115-9
Die PDF-Dateien dieses Buches wurden gemäß dem PDF/UA-1-Standard erstellt, um die Barrierefreiheit zu verbessern. Dazu gehören Bildschirmlesegeräte, beschriebene nicht-textuelle Inhalte (Bilder, Grafiken), Lesezeichen für eine einfache Navigation, tastaturfreundliche Links und Formulare sowie durchsuchbarer und auswählbarer Text. Wir sind uns der Bedeutung von Barrierefreiheit bewusst und freuen uns über Anfragen zur Barrierefreiheit unserer Produkte. Bei Fragen oder Bedarf an Barrierefreiheit kontaktieren Sie uns bitte unter accessibilitysupport@springernature.com.