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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. Übersicht. Einleitung Vorgehen Ergebnisse Jig-Shape Gekoppelte Rechnungen Zusammenfassung.

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

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

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

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

  5. 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

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

  7. 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

  8. Vorgehen 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 durchPython-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

  9. 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

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

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

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

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

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

  15. 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

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

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

  18. 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

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

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

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

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

  23. 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

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

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

  26. 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

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