Ausgangspunkt / Motivation

Die Entwicklung zukünftiger Flugzeugtriebwerke stützt sich weitgehend auf Computersimulationen, um Wirkungsgrade und Betriebsverhalten vorherzusagen. Bisher nutzt die Industrie vor allem RANS-Simulationen, die zwar schnell, aber oft ungenau sind, da sie auf vereinfachten Modellen für Turbulenzen basieren.

Um die Vision eines „digitalen Triebwerks" zu erreichen, werden jedoch zuverlässigere Methoden für die Strömungsberechnung benötigt. Triebwerksströmungen sind hochgradig instabil und durch starke Turbulenzen gekennzeichnet, was präzise Berechnungen erschwert. ALESIA setzt hier an, um durch fortschrittliche Simulationstechniken diese komplexen physikalischen Phänomene genauer abzubilden.

Ziele

• Verbesserung der Berechnung turbulenter Triebwerksströmungen durch den Einsatz der LES
• Erhebliche Steigerung der Zuverlässigkeit von Simulationen, um dem Ziel des digitalen Triebwerks näher zu kommen
• Gewinnung einer Fülle von Turbulenzdaten zum besseren Verständnis komplexer Strömungszustände
• Verbesserung bestehender industrieller RANS-Methoden durch die gewonnenen Erkenntnisse und Daten

Inhalt

ALESIA konzentriert sich auf die Integration der LES in den etablierten Strömungscode LINARS des Instituts. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden berechnet LES einen Großteil der turbulenten Schwankungen direkt, anstatt sie nur modellhaft darzustellen. Dies liefert eine Fülle an detaillierten Daten, die für das Verständnis des Strömungsverhaltens und des Grenzschichtumschlags entscheidend sind.

Das Projekt umfasst dabei die gesamte Prozesskette von der Erstellung spezialisierter Rechennetze bis zur Entwicklung effizienter Werkzeuge zur Datenauswertung. Dadurch können instationäre Strömungen in Triebwerksgeometrien wesentlich zuverlässiger vorhergesagt werden.

Methodik/Vorgehensweise

Die technische Umsetzung erfolgt in sieben Arbeitspaketen in enger Kooperation zwischen der TU Graz und dem KMU ABES Pircher & Partner. Ein zentrales Element ist die Erweiterung des bestehenden LINARS-Codes um LES-Fähigkeiten, um triebwerksrelevante Strömungen effizient zu simulieren.

Dies beinhaltet neben dem Kernverfahren auch innovative Ansätze zur automatisierten Netzerstellung für komplexe Geometrien. Zur Sicherstellung der Genauigkeit werden die Rechenergebnisse mit experimentell ermittelten Turbulenzdaten aus früheren Forschungsprojekten validiert. Dieser methodische Ansatz ermöglicht es, die physikalische Realität im Triebwerk digital mit höchster Präzision abzubilden.

Ergebnis zu Projektende

• Erfolgreiche Integration des LES-Verfahrens in die Simulationssoftware LINARS
• Entwicklung innovativer Methoden zur Netzerstellung und effizienten Datenauswertung
• Validierung der Simulationen anhand realer Turbulenzdaten einer Triebwerksgeometrie
• Schaffung einer fundierten Basis für die Realisierung des digitalen Triebwerks der Zukunft

Projektkoordination

Technische Universität Graz

Projektpartner:innen

ABES Pircher & Partner

Die TU Graz
Technische Universität Graz
Rechbauerstraße 12
8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873 0
E-Mail: info@tugraz.at
Web: www.tugraz.at