Der Einsatz von Tragflügeln mit integrierten Hochauftriebselementen ermöglicht sowohl einen wirtschaftlichen Reiseflug als auch die Einhaltung der Anforderungen an die Tragflügelaerodynamik bei Start und Landung. Die aerodynamische Optimierung von Hochauftriebskonfigurationen erfolgt im modernen Entwurfsprozess zunächst an einzelnen Profilschnitten des Tragflügels unter Anwendung numerischer Verfahren, die mitunter die zahlreichen an einem Hochauftriebssystem auftretenden Strömungsphänomene noch unzureichend erfassen. Diese Arbeit stellt eine Methodik vor, mit der Optimierungen der aerodynamischen Eigenschaften von Mehrelement-Hochauftriebskonfigurationen im Experiment vorgenommen werden können. Die Methodik kombiniert eine flexible Messstrecke mit einem online-fähigen Optimierungsverfahren. Die entwickelte Messstrecke ermöglicht eine automatisierte Variation der Vorflügel- und Klappenposition einer zweidimensionalen Dreielement-Hochauftriebskonfiguration. Die an den einzelnen Elementen der Hochauftriebskonfiguration angreifenden aerodynamischen Kräfte und Momente werden von Waagen erfasst. So können für beliebige Konfigurationen der Hochauftriebselemente die aerodynamischen Beiwerte erfasst werden, die dem Optimierer als Grundlage zur Bewertung der Konfiguration dienen. Verschiedene Optimierungsverfahren werden zunächst in einer numerischen Testumgebung im Hinblick auf deren Eignung für den Einsatz am Windkanal untersucht. Das bestgeeignete Verfahren wird anschließend an der entwickelten Messstrecke eingesetzt und mit diesem experimentelle Optimierungen der Vorflügel- und Klappenkonfiguration durchgeführt. Um eine Bewertung der Optimierungsergebnisse vornehmen zu können, wird die optimale Vorflügel- und Klappenkonfiguration zusätzlich durch die systematische Variation der Parameter Spalt, Überlappung und Ausschlagwinkel bestimmt, welche die Position eines Hochauftriebselementes festlegen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der vorgestellten Methodik eine effiziente aerodynamische Optimierung von Hochauftriebskonfigurationen im Experiment möglich ist und Konfigurationen innerhalb der systematisch ermittelten optimalen Bereiche ermittelt werden können.

    The results show that the method presents an efficient way to optimize the high-lift systems performance. The optimized slat and flap settings lie within the previously systematically determined optimum range. The developed wind tunnel test section provides a two-dimensional three-element high-lift system, whose slat and flap configuration can be automatically varied. The aerodynamic forces and moments acting on the high-lift system are measured by an integrated balance system. Thus, the aerodynamic coefficients used by the optimizer to validate the high-lift systems performance can be determined automatically for arbitrary high-lift device settings. Multiple optimization methods were examined in a numerical test environment to determine their suitability for wind tunnel experiments. The best suited optimization method is then applied to the developed test section and high-lift device setting optimizations were conducted. To validate the optimization results, the optimum slat and flap settings are determined by the systematic variation of the parameters gap, overlap and deflection angle, which define the high-lift devices' position. A wing with an integrated high-lift system facilitates an efficient cmise flight and fulfills the requirements for take-off and landing. During the preliminary phase of the high-lift design process, the take-off and landing performance is optimized numerically at several wing sections depending on the high-lift device settings. Due to the complexity of high-lift flow physics, numerical methods capture the flow phenomena around a high-lift system occasionally insufficiently. In the scope of this thesis a method is presented, which allows the experimental aerodynamic optimization of a two-dimensional high-lift system by varying the slat and tlap position. The method combines a wind tunnel test section with an online-capable optimization method.


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    Titel :

    Eine experimentelle Methodik zur aerodynamischen Optimierung von Mehrelement-Hochauftriebskonfigurationen


    Beteiligte:
    Blume, Stefan (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2008


    Format / Umfang :

    175 Seiten, Bilder, Tabellen, 93 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch