Die Entwicklung neuer Flugzeuge ist ein langwieriger und komplexer Prozess. Lange vor einem Bau und Erstflug findet ein Wechselspiel aus Computersimulationen und Windkanalexperimenten statt. «Hochgenaue Simulationen der Strömung um das Flugzeug sind notwendig, um die Aerodynamik und damit den Flugbereich heutiger und zukünftiger Flugzeugkonfigurationen genau und verlässlich vorherzusagen», sagte die Projektkoordinatorin Dr. Cornelia Grabe vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen. Gleiches gilt für die Identifikation des sicheren Betriebsbereichs von Triebwerken. Das DLR-Projekt ADaMant (Adaptive Data-driven Physical Modeling towards Border of Envelope Applications) zielt auf die Entwicklung und Demonstration von Computer-Modellen für solch hochgenaue Strömungssimulationen. 

Gemeinsames Interesse von DLR und NASA

In Kooperation haben das DLR und die amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA dazu Windkanalversuche im Niedergeschwindigkeits-Kanal Braunschweig (NWB) des DNW an einem von der NASA bereitgestellten, international etablierten Forschungs-Modell eines Verkehrsflugzeugs durchgeführt. Versuche mit demselben Modell werden im Windkanal bei der NASA wiederholt, so dass ein besseres Verständnis für den Einfluss verschiedener Windkanäle auf Messdaten entsteht. In der Strömungssimulation wird sowohl die Umströmung des Forschungsmodells wie im freien Flug untersucht, andererseits wird auch der Windkanal mitmodelliert. Damit soll untersucht werden, wie gross der Einfluss des Windkanals auf die Strömung um ein Flugzeugmodell ist. So sollen Computersimulation und Windkanalexperiment besser vergleichbar werden. 

Turbulente Strömungen sind herausfordernd

Die grösste Herausforderung bei der Computermodellierung der Aerodynamik sind turbulente Strömungen. Diese erfordern ausgefeilte Berechnungsmethoden, um eine Balance zwischen der Genauigkeit und der Effizienz zu finden – Genauigkeit ist einerseits essentiell, um die Grenze des fliegbaren Bereichs eines Flugzeugs oder des Betriebsbereichs eines Triebwerks verlässlich vorherzusagen, andererseits soll der Ressourceneinsatz in Form von Rechenzeit auf Super-Computern für solche Simulationen auf das Notwendige reduziert werden.
Im Projekt ADaMant werden Computermodelle mit unterschiedlicher Genauigkeit betrachtet und hinsichtlich ihrer Eignung sowohl für die Simulation der Aussenumströmung des Flugzeugs in bestimmten Flugzuständen als auch für die Simulation bestimmter Betriebsbereiche eines Triebwerks bewertet. Letztendlich sollen die gewonnenen Erkenntnisse helfen, die Computermodelle für die Berechnung und Auslegung der Flugeigenschaften künftiger Flugzeuge und Triebwerke für die Luftfahrtindustrie anwendbar zu verbessern. Damit wird die Entwicklung effizienterer und umweltfreundlicher Flugzeuge massgeblich unterstützt und beschleunigt.