Der Trend zu höheren Nebenstromverhältnissen führt langfristig zu nicht ummantelten Triebwerken mit großen Durchmessern. Dies wirft zwangsläufig die Frage nach einer geeigneten Integration mit dem Flügel auf, insbesondere in Hinblick auf die Hochauftriebsfähigkeit und geringe Schallemissionen. Als eine geeignete Konfiguration wird ein Propellerantrieb in Überflügelanordnung und einer teilweisen Einbettung in einer dafür geeigneten Flügelmulde betrachtet. Darüber hinaus wird diese Konfiguration mit einem Coanda-Strahl an der Flügelhinterkante kombiniert, wodurch positive Synergie für die Hochauftriebsfähigkeit erwartet werden kann. Weiterhin bietet die Überflügelanordnung die Möglichkeit zur wirksamen Abschirmung der Propeller-Schallemissionen gegenüber dem Boden.
Teilprojekt A3Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt in der Analyse der aerodynamischen und akustischen Eigenschaften des integrierten Propellers in Überflügelanordnung. Es wird eine vereinfachte Konfiguration mit ungepfeiltem Flügel und frei schwebendem Propeller betrachtet. Zunächst werden geeignete geometrische Parameter, wie Propellerposition und Eingrabungstiefe, durch stationäre RANS-Simulationen mit einem Wirkscheibenmodell ermittelt. Mit Hilfe von instationären RANS-Simulationen und akustischen Vorhersagen mit einem Ffowcs-Williams-Hawkings- Verfahren werden anschließend die aerodynamischen Integrationseffekte und tonale Schallentstehungs- und Schallausbreitungsphänomene analysiert. Hierbei stehen das Potenzial der Überflügelanordnung zur Unterstützung der Hochauftriebsfunktion und die Wirksamkeit der Schallabschirmung durch die Tragfläche im Vordergrund. Für die Propelleraerodynamik sind die Auswirkungen des Betriebs in einem inhomogenen Strömungsfeld ebenfalls von Interesse. Darüber hinaus werden die Nachteile der Überflügelanordnung, d.h. hohe Nickmomente und eine neue Schallquelle, die durch das Vorbeiziehen der Propellerblätter an der Flügeloberfläche entsteht, charakterisiert und quantifiziert.
In einem zweiten Schritt werden aerodynamische und akustische Sensitivitäten bezüglich der Eingrabungstiefe und der Form der Mulde untersucht. Das Potenzial zur Verringerung der Schallemissionen durch Umgestaltung des Propellers (Blätteranzahl, Drehzahl, Umprofilierung) wird ebenfalls analysiert.
Rechenergebnisse aus diesem Teilprojekt, insbesondere die instationären Druckverteilungen und Auftriebskräfte, werden in den TP A6, C1 und C2 zur Erforschung des Körperschalls, der Dynamik der Auftriebserzeugung und der Steuerungskonzepte verkoppelter Systeme weiterverwendet.