Untersuchung des Einflusses der Deformation und des Turbulenzmodells auf Simulationsergebnisse am Beispiel der HiReTT-Konfiguration Bernhard Eisfeld, Frank Spiering STAB-Workshop, 09./10.11.2011 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

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

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

Einleitung HiReTT-Konfiguration EU-Projekt HiReTT (2000-2003) Thema: Einfluss hoher Reynolds-Zahlen Messungen im ETW (Ma = 0.85, Re = 32.5e6) Ergebnis: Modell verformt sich EU-Project ATAAC (2009-2012) 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 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

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Vorgehen Referenzrechnungen Jig-Shape (nominale Geometrie) Starre Geometrie Solar-Netz von Airbus („Best Practice“): Hexaeder am Körper 5.1e6 Punkte Erster Wandabstand y1+ ≈ 0.5 Vergleichsrechnungen FEM-Modell von Airbus (3.8e5 Freiheitsgrade) Iterative Kopplung bis zum Gleichgewicht Netz wird nachgeführt Turbulenzmodelle SAO, Menter SST, SSG/LRR-w HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Vorgehen Prozesskette CFD-Löser: DLR TAU Code Transfer der Lasten Start 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 k=k+1 CFD FxyzCFD,k CFD → CSM FxyzCSM,k GridCFD,k CSM DxyzCSM,k CSM → CFD DxyzCFD,k Grid deformation converged? End HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 8 8

Vorgehen 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 FCFD FCSM FCFD MCSM CFD-Netz CSM-Netz HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 9 9

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

Ergebnisse: Jig-Shape Druckverteilungen bei a4 Übereinstimmung nahe Flügelwurzel gut Ab Flügelmitte große Abweichungen, v.a. auf Oberseite Fast kein Einfluss des Turbulenzmodells HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Ergebnisse: Jig-Shape Druckverteilungen bei a8 Übereinstimung bis Flügelmitte gut Nach außen zunehmende Abweichungen auf Oberseite Einfluss des Turbulenzmodells gering HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Ergebnisse: Jig-Shape Druckverteilungen bei a12 Übereinstimmung bis 70% Spannweite gut Abweichungen nur nahe Flügelspitze Einfluss des Turbulenzmodells gering HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

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

Ergebnisse: Jig-Shape Reibungslinien Ablösung nimmt mit a zu, Unterschiede im Detail a4 a8 a12 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

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

Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Druckverteilungen bei a4 Kopplung mit Struktur: Übereinstimmung überall gut Deutliche Verbesserung gegenüber Jig-Shape Fast kein Einfluss des Turbulenzmodells HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Druckverteilungen bei a8 Kopplung mit Struktur: Übereinstimmung überall gut Deutliche Verbesserung gegenüber Jig-Shape Kleiner Einfluss des Turbulenzmodells HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Druckverteilungen bei a12 Kopplung mit Struktur: Übereinstimmung bis Flügelmitte gut Große Abweichungen im Außenflügel Keine Verbesserung gegenüber Jig-Shape Kleiner Einfluss des Turbulenzmodells HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Reibungslinien Ablösung + Unterschiede verringert a4 a8 a12 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

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

Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen Geometrievergleich: Große Verformung SSG/LRR-w a12 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

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