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Bachelorarbeit Aviatik: Aerodynamische Optimierung des Flügels für das Projekt VOTEC 452-K1 PropJet

Auf der Suche nach aerodynamischer Perfektion

Das Design hat bei Flugzeugen grosse Auswirkungen auf die Aerodynamik und beeinflusst somit auch das Flugverhalten direkt. Für ein noch in der Entwicklung befindliches Flugzeug haben die Aviatik-Absolventen Lars Strebel und Patrick Weiss den Übergang zwischen Flügel und Rumpf modelliert und im Windkanal untersucht.

Der VOTEC 452-K1 ist ein doppelsitziges Turbinenflugzeug, das als sogenanntes Experimental Aircraft gebaut werden soll – als Eigenkonstruktion. Noch befindet sich das Flugzeug allerdings in der Entwicklungsphase. In einer vorhergehenden Projektarbeit hatten Lars Strebel und Patrick Weiss bereits den Flügel den Anforderungen entsprechend dimensioniert. In ihrer Aviatik-Bachelorarbeit steckten sich die beiden Absolventen nun das Ziel, im Speziellen den Übergang vom Flügel zum Rumpf des Flugzeugs zu optimieren. «Beim Design eines Flugzeugs spielt die Gestaltung des Flügel-Rumpf-Übergangs eine zentrale Rolle. Da in diesem Übergang komplexe Strömungsbedingungen vorzufinden sind, ist eine Untersuchung im Windkanal von grosser Bedeutung», so Leonardo Manfriani, der die Arbeit am Zentrum für Aviatik betreut hat.

Mit Modelliermasse im Windkanal

In einem ersten Schritt haben Lars Strebel und Patrick Weiss ein Windkanalmodell konstruiert und anschliessend auch eigenhändig produziert. Die Geometrien für den Flügel und Rumpf waren bereits vorhanden. Den Kern des Modells haben die Absolventen aus einem Schaum gefräst und diesen anschliessend mit einem Glasfasergewebe überzogen. Im Windkanal verglichen die Absolventen, wie sich das Modell mit und ohne Verbesserungen am Flügel-Rumpf-Übergang verhält. «Unsere Tests beinhalteten Messungen von Kräften und Momenten sowie strömungsvisualisierende Methoden», so Lars Strebel. «Wir wollten auch abklären, wie sich der Flügel im sogenannten Stallbereich verhält, also wenn ein Strömungsabriss erfolgt.» Ihre Optimierungen am Übergang nahmen die Absolventen mit Modelliermasse vor, wobei sie zwei unterschiedliche Varianten erstellten. Die aufbereiteten und analysierten Messdaten liessen eine eindeutige Aussage über die zwei Flügel-Rumpf-Übergänge zu: «Unser Modell mit einem ausgeprägten Übergang erwies sich als das bessere», so Lars Strebel. «Wir haben den Übergang so bemessen, dass er bereits vor dem Flügel anfängt und bis weit hinter den Flügel reicht.»

«Unser Modell mit einem ausgeprägten Übergang erwies sich als das bessere.» 

Lars Strebel

Empfehlung für die Geometrie

Zum einen resultiert aus der Bachelorarbeit, dass ein ausgeprägter Flügel-Rumpf-Übergang die vielversprechendsten Messdaten liefert. Zum anderen konnten Lars Strebel und Patrick Weiss aufzeigen, dass ihr Modell das gewünschte Verhalten bei Strömungsablösungen aufweist. «Wir stellten ein ‹gutmütiges› Stallverhalten fest, sprich ein Strömungsabriss tritt nicht abrupt oder über den gesamten Flügel auf – das erhöht die Sicherheit», erklärt Patrick Weiss. Zusammenfassend konnten die beiden Absolventen aufgrund ihrer Untersuchungen eine Empfehlung für die Geometrie des Flügel-Rumpf-Übergangs abgeben. Man darf also gespannt sein, wie es weiter geht mit dem VOTEC 452-K1. Laut Leonardo Manfriani wird die Entwicklung des Flugzeugs noch einige Zeit andauern: «Diese Bachelorarbeit hat einen wichtigen Beitrag geleistet, aber es werden noch einige weitere Schritte nötig sein bis zum Bau.» Ihr Modell haben die beiden Absolventen mit abnehmbarem Flügel so flexibel gestaltet, dass es auch künftig zu Forschungszwecken eingesetzt werden kann. Gut möglich also, dass auf der gelegten Basis weitere Bachelorarbeiten von Aviatik-Absolventen folgen werden.