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Folie 1 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Untersuchung des Einflusses der Deformation und des Turbulenzmodells auf Simulationsergebnisse am Beispiel der.

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1 Folie 1 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Untersuchung des Einflusses der Deformation und des Turbulenzmodells auf Simulationsergebnisse am Beispiel der HiReTT-Konfiguration Bernhard Eisfeld, Frank Spiering STAB-Workshop, 09./

2 Folie 2 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Übersicht Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung

3 Folie 3 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Übersicht Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung

4 Folie 4 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Einleitung Simulation im Grenzbereich Probleme: Ablösung Turbulenzmodellierung Verformung Kopplung mit Strukturmechanik Fragestellung Einfluss der Effekte?

5 Folie 5 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Einleitung HiReTT-Konfiguration EU-Projekt HiReTT ( ) Thema: Einfluss hoher Reynolds-Zahlen Messungen im ETW (Ma = 0.85, Re = 32.5e6) Ergebnis: Modell verformt sich EU-Project ATAAC ( ) Thema: Höherwertige Turbulenzmodellierung Testfall HiReTT Unbefriedigende Ergebnisse für starre Geometrie (C3) Keine Verbesserung durch Kopplung mit vereinfachtem Strukturmodell Jetzt Kopplung mit FEM-Modell Verschiedene Turbulenzmodelle

6 Folie 6 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Übersicht Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung

7 Folie 7 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Vorgehen Referenzrechnungen Jig-Shape (nominale Geometrie) Starre Geometrie Solar-Netz von Airbus (Best Practice): Hexaeder am Körper 5.1e6 Punkte Erster Wandabstand y Vergleichsrechnungen FEM-Modell von Airbus (3.8e5 Freiheitsgrade) Iterative Kopplung bis zum Gleichgewicht Netz wird nachgeführt Turbulenzmodelle SAO, Menter SST, SSG/LRR-

8 Folie 8 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Prozesskette CFD-Löser: DLR TAU Code Transfer der Lasten CSM-Löser: NASTRAN Transfer der Verschiebungen Deformation des CFD-Volumennetzes Alle Komponenten bis auf CSM-Löser in TAU-Python-Umgebung integriert Steuerung der Prozesskette durch Python-Skript CFD CFD CSM CSM CFD CSM Grid deformation Start Fxyz CFD,k Dxyz CFD,k Dxyz CSM,k Fxyz CSM,k Grid CFD,k k=k+1 converged? End Vorgehen

9 Folie 9 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 F CSM M CSM F CFD Interpolationsverfahren Suche nächster benachbarter Punkte Zu jedem CFD-Punkt wird der nächste CSM Punkt gesucht Last des CFD-Punktes wird übertragen Zusätzliches Moment durch Verschiebung der Kraft Für CSM-Netz ohne Konnektivitäts-informationen geeignet Konservativ bezüglich Kräfte und Momente Verschiebungen: Nutzung Radialer Basisfunktionen Verringerung der Oberflächenpunktzahl Übertragung auf Volumen CSM-Netz CFD-Netz F CFD Vorgehen

10 Folie 10 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Übersicht Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung

11 Folie 11 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Jig-Shape Auftriebskurve S-Form qualitativ korrekt C L überschätzt (keine Entlastung durch Deformation) Turbulenzmodelle: Unterschied mäßig (v.a. SAO) Nur bei großem (Ablösung)

12 Folie 12 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Jig-Shape Druckverteilungen bei 4 Übereinstimmung nahe Flügelwurzel gut Ab Flügelmitte große Abweichungen, v.a. auf Oberseite Fast kein Einfluss des Turbulenzmodells

13 Folie 13 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Jig-Shape Druckverteilungen bei 8 Übereinstimung bis Flügelmitte gut Nach außen zunehmende Abweichungen auf Oberseite Einfluss des Turbulenzmodells gering

14 Folie 14 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Jig-Shape Druckverteilungen bei 12 Übereinstimmung bis 70% Spannweite gut Abweichungen nur nahe Flügelspitze Einfluss des Turbulenzmodells gering

15 Folie 15 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Jig-Shape Beobachtung wächst Auftrieb wächst Verformung wächst Wachsende Geometrieabweichung Bessere Übereinstimmung in C p Erklärung Fehlerkompensation: Starre Geometrie höher belastet Stoßindizierte Ablösung Vorverlagerung des Stoßes Großes : Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung bei Jig-Shape Effekt durch Deformation Warnung Übereinstimmung ist zufällig Keine Rückschlüsse auf Turbulenzmodellierung ziehen!

16 Folie 16 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Jig-Shape Reibungslinien Ablösung nimmt mit zu, Unterschiede im Detail

17 Folie 17 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Übersicht Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung

18 Folie 18 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Auftriebskurve Kopplung mit Struktur: Sehr gute Übereinstimmung von C L mit Experiment Deutliche Verbesserung gegenüber Jig-Shape Turbulenzmodelle: Unterschiede noch geringer

19 Folie 19 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Druckverteilungen bei 4 Kopplung mit Struktur: Übereinstimmung überall gut Deutliche Verbesserung gegenüber Jig-Shape Fast kein Einfluss des Turbulenzmodells Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen

20 Folie 20 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Druckverteilungen bei 8 Kopplung mit Struktur: Übereinstimmung überall gut Deutliche Verbesserung gegenüber Jig-Shape Kleiner Einfluss des Turbulenzmodells Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen

21 Folie 21 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Druckverteilungen bei 12 Kopplung mit Struktur: Übereinstimmung bis Flügelmitte gut Große Abweichungen im Außenflügel Keine Verbesserung gegenüber Jig-Shape Kleiner Einfluss des Turbulenzmodells Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen

22 Folie 22 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Reibungslinien Ablösung + Unterschiede verringert Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen

23 Folie 23 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Beobachtung Saugseite: -C p zu klein Druckseite: -C p zu groß Stoß zu weit stromab Vermutung Deformation wird überschätzt Flügel dreht außen zu stark zu Ursache unklar Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Problem Unsicherheiten der Strukturmodellierung unbekannt Rückschluss auf Einfluss der Turbulenzmodellierung nicht möglich

24 Folie 24 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Geometrievergleich: Große Verformung Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen SSG/LRR- 12

25 Folie 25 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Übersicht Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung

26 Folie 26 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Zusammenfassung Vergleichsrechnungen für HiReTT Geometrie: Jig-Shape vs. Kopplung mit Struktur Turbulenzmodellierung: SAO vs. Menter SST vs. SSG/LRR- Ergebnisse Jig-Shape: Übereinstimmung in C p besser mit wachsendem Ursache: Fehlerkompensation (stoßinduzierte Ablösung) Kopplung: Eindeutige Verbesserung nur bis zu mittleren Große Abweichungen bei großem Vermutung: Deformation überschätzt Ursache unklar (Turbulenzmodell, Strukturmodell) Vorsicht bei Interpretation von Ergebnissen mit Strukturdeformation


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