Numerische Untersuchung des Strömungsfeldes im Bereich der Klappenseitenkanten

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In den vergangenen Jahren hat der Flugverkehr weltweit stark zugenommen. Die damit verknüpften kürzeren Intervalle der An- und Abflüge bewirken eine stärkere Lärmemission. Konzepte zur Lärmminderung gewinnen somit immer mehr an Bedeutung. Vor allem während der Start- und Landephase fällt die Lärmemission von Flugzeugen stark ins Gewicht aufgrund der niedrigen Flughöhen. Im Landeanflug sind die Umströmungen des Fahrwerks und der Hochauftriebssysteme bei der Lärmentstehung die maßgebenden Komponenten. Insbesondere an den Klappenseitenkanten findet während der Start- und Landephase eine signifikante Lärmentwicklung statt, die einen erheblichen Beitrag des aerodynamischen Lärms leistet. Die charakteristische Wirbelbildung entlang der Klappenseitenkante gilt in diesem Zusammenhang als primärer Impulsgeber für den aerodynamischen Lärm an der Flugzeugzelle. In der Literatur existiert bisher noch keine einheitliche Theorie zum Klappenseitenkantenlärm. Obgleich über eine Vielzahl von experimentellen Untersuchungen der Klappenseitenkantenlärm eingängig beleuchtet worden ist, lässt sich nach unseren heutigen Erkenntnissen aus den Zusammenhängen noch kein fundamentales physikalisches Modell zum Verständnis und zur Vorhersage des Seitenkantenlärms ableiten. Dies liegt vor allem an dem bis heute noch nicht voll verstandenen Wissen um das Umströmungsverhalten und an den dort herrschenden Instabilitäten, welche für die Lärmentstehung im Bereich der Klappenseite verantwortlich gemacht werden. Das Erkennen der Zusammenhänge dieser Entstehungsmechanismen ist entscheidend für die Auslegung und verbesserte Ausführung moderner High-Lift-Systeme mit einer verminderten Schallemission. Ziel dieser Arbeit ist die numerische Untersuchung des Strömungsfeldes an den Seitenkanten der Hinterkantenklappen und der sich dort ausbildenden signifikanten Wirbelstrukturen. Insbesondere die charakteristische Wirbelbildung an den Klappenrändern die als mögliche Lärmquelle in Betracht zu ziehen ist, wird mit numerischen Verfahren untersucht. Die Kenntnis dieser Wirbelstrukturen soll dazu dienen, das physikalische Verständnis zum Entstehen der bekanntlich in diesem Bereich starken Lärmquellen zu vertiefen. Gegenwärtig werden die Programme zur Lärmuntersuchung der Flugzeugkomponenten über recht aufwändige und nicht gerade kostengünstige Untersuchungen in Windkanälen realisiert. Die Numerik ermöglicht durch Parameterstudien eine deutlich schnellere und kostengünstigere Alternative zu den experimentellen Windkanaluntersuchungen. Sie verbindet die Vorteile, Änderungen im Flugzeugentwurfsprozess einfach und schnell abzuschätzen und das vorhandene Optimierungspotential zu nutzen.