Unsteady Panel Method (UPM)
UPM ist ein schnelles „Mid-Fidelity“ Simulationsverfahren für die Hubschrauberaerodynamik. Es basiert auf einem instationären 3D-Panelverfahren mit einer „Free-Wake“-Methode oder einer Partikelmethode zur Modellierung der Nachläufe von Flüglen und Rotoren. Viskose Effekte wie Reibungskräfte und Ablösegebiete können mit Hilfe in UPM eingebundener Grenzschichtverfahren vorhergesagt werden. Alle rechenintensiven Programmteile sind mit OpenMP parallelisiert und für schnelle Laufzeiten optimiert.
Mit dem Verfahren können aufwendige instationäre Simulationen von Gesamthubschraubern oder neuartigen eVTOL (Lufttaxi)-Konfigurationen mit einem Bruchteil des Aufwandes hochgenauer CFD-Simulationen durchgeführt werden. Dabei wird eine Vielzahl aerodynamischer Interaktionseffekte erfasst.
Wesentliche Merkmale
- instationäres 3D-Panelverfahren mit Free-Wake
- Nachlaufmodellierung durch Wake Panels mit viskosen Wirbelkernen und Blattspitzenwirbelaufrollmodell (optional) oder Wirbelpartikel (optional)
- approximative Grenzschichtvorhersage
- performante Implementierung mit OpenMP-Parallelisierung und Fast Multipole Methode für induzierte Geschwindigkeiten des Nachlaufs
- flexible hierarchische Vorgabe von Starrkörperbewegung und Deformationen
- vielfältige Postprocessingoptionen integriert (z.B. instationäre Lasten, Nachlaufgeometrie, Grenzschichteigenschaften)
Anwendungsgebiete
Typische Anwendungsgebiete für UPM sind Voruntersuchungen zu Flugleistungen, zu aerodynamischen Interaktionen (z.B. Rotor-Rotor Interaktion, Rotor-Flügel Interaktion), multidisziplinär gekoppelte Simulationen in Kombination mit Flugmechanik- und Strukturdynamikverfahren, und die aeroakustische Vorhersage von Rotorlärm (insbesondere aufgrund von Blatt-Wirbel-Interaktionen). UPM wurde beispielsweise erfolgreich eingesetzt, um die Leitwerksgeometrie eines neuen Hubschraubers unter Berücksichtigung des Hauptrotorabwindes zu optimieren und um den Lärm des neuartigen Hochgeschwindigkeits-Hubschraubers RACER zu analysieren. Bei der Anwendung von UPM sollte man sich jedoch der Vereinfachungen der zugrundeliegenden Theorie bewusst sein (inkompressible, reibungslose Strömung).
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