Der Treibstoffverbrauch von Verkehrsflugzeugen wird auf der technischen Seite im wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt: Dem Wirkungsgrad der Triebwerke sowie der aerodynamischen Güte der Flugzeuggesamtkonfiguration. Maßgeblichen Einfluß auf die aerodynamische Güte hat dabei die Auslegung des Tragflügels, der bei modernen Verkehrsflugzeugen im Reiseflug etwa 2/3 des aerodynamischen Gesamtwiderstandes hervorruft. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die numerische Optimierung von Profilen für den Einsatz im schallnahen Bereich unter gezielter Nutzung der Interaktion zwischen SCB (Shock Control Bumb), variabler Wölbung (Variable Camber = VC) und der Basisprofilumströmung. Das entwickelte geschachtelte Optimierungsverfahren POEM (Parallel Optimisation Environment with Modular structure) dient als Werkzeug zur Optimierung subsonischer und transsonischer Profile, optional unter Berücksichtigung adaptiver SCBs. Mittels einer zweistufigen hierarchischen Architektur des Optimierungsprozesses lassen sich geschachtelte Optimierungen realisieren. Dabei wird in einem äußeren, primären Zyklus die Basisprofilgeometrie optimiert, während in der inneren Schleife die SCB-Geometrie für vorgegebene Anströmzustände ausgelegt wird. Als Optimierungsalgorithmus in der äußeren Schleife steht eine Evolutionsstrategie mit Kovarianzmatrixadaption oder ein kommerzieller Hybridoptimierer zur Verfügung. Im inneren Zyklus kann ein Suchverfahren nach Brent eingesetzt werden, das zur Konvergenzbeschleunigung optional auf Gradienteninformation des aerodynamischen Lösers zurückgreifen kann. Die Berechnung der aerodynamischen Zielfunktionswerte wird von einem Euler-Grenzschicht-Verfahren geleistet. Zur Darstellung von SCB-Geometrien können alternativ mehrere funktionsbasierte Beulengeometrien genutzt werden. Die Parametrisierung der Profilgeometrie erfolgt anhand von Bezierkurven oder mittels einer von mehreren zur Verfügung stehenden konformen Abbildungen. Das Optimierungssystem wird zur Auslegung adaptiver SCB-Formen sowie SCB/VC Kombinationen für verschiedene Anströmzustände eingesetzt, wobei zunächst der dragrise Bereich gegebener Basisprofile betrachtet wird. Anhand gewonnener Erkenntnisse zur günstigen SCB-Parametrisierung wird die Geometrie eines sowohl aerodynamisch als auch bezüglich der eingebrachten Aktorenergie optimalen SCBs entworfen. Mit Hilfe des Karush-Kuhn-Tucker Theorems wird eine ausschließlich von Bumplage und -asymmetrie abhängige Formulierung abgeleitet, die zu den gegebenen Randbedingungen stets implizit eine Kontur liefert, die mit minimaler Aktorgeometrie darstellbar ist. Für den Einsatz im Windkanal werden Bumpgeometrien entworfen, die einen breiteren Einsatzbereich abdecken und so Unsicherheiten bei der Bestimmung der Anströmverhältnisse Rechnung tragen.


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    Title :

    Numerische Optimierung adaptiver transsonischer Profile


    Contributors:


    Publication date :

    2005


    Size :

    146 Seiten, Bilder, Tabellen, 167 Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German