Persönlicher Status und Werkzeuge

Willkommen am Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik


 

Die Strömung von Flüssigkeiten oder Gasen ist fundamentaler Teil der meisten technischen Anwendungen und Naturerscheinungen. Zu den interessantesten Phänomenen in der Strömungsmechanik gehören Verdichtungsstöße, also sprunghafte Änderungen des Strömungszustands über sehr kleine Distanzen, die z.B. als Knall beim Überflug eines überschallschnellen Flugzeuges oder in Verbindung mit einer Explosion wahrgenommen werden können. Die Stärke und doch starke lokale Begrenzung von Stößen eröffnen einzigartige Möglichkeiten der berührungsfreien Kontrolle von Strömungsprozessen, reichend von fortschrittlichem Flugzeugdesign bis hin zu Lithotripsie und neuartigen Krebstherapien. Die Frage stelle sich, wie dieses Potential geschöpft werden kann. Welche Mechanismen und Eigenschaften ermöglichen die kontrollierte Formierung von Stößen in sehr komplexen Umgebungen, wie z.B. lebenden Organismen ? Wie können Stöße generiert werden mit minimalen Nebenwirkungen für Organismen ? Was ist das Potential der Stoßerzeugung in reagierenden und fluidischen Prozessen ?

In dem Forschungsprojekt sollen diese Fragen durch moderne Computersimulationsmodelle untersucht und beantwortet werden, mit Abstützung auf einige sorgfältig ausgewählte Experimente. Die Simulationen verwenden neuartige Mehrfeld-Methoden mit physikalisch konsistenter Behandlung nicht-aufgelöster Skalen und probabilistische Methoden zur Quantifizierung von ungenau bestimmbarer Größen.

Seit 2004 ist Prof. Adams Ordinarius des Lehrstuhls für Aerodynamik und Strömungsmechanik der TUM. Für seine wissenschaftlichen Arbeiten wurde Nikolaus Adams im Jahr 2011 zum Fellow der American Physical Society gewählt. In 2013 erhielt er in einem Team mit der ETH Zürich, der Lawrence Livermore National Laboratories und IBM den Gordon Bell Price für die größte und effizienteste bis dahin durchgeführte Strömungssimulation. In 2000 wurde er mit dem O.C. Zienkiewicz Award to Young Scientists in Computational Engineering Sciences" ausgezeichnet.

 


Preparing Bluecopter Demonstrator technologies

 

On July 7th 2015, the Bluecopter demonstrator of Airbus Helicopters has been offcially presented. This cutting edge demonstrator addresses environmental friendly technologies developed within the frame of the Green Rotorcraft Integrated Technology Demonstrator activity of the Clean Sky programme (www.cleansky.eu).The Institute of Aerodynamics and Fluid Mechanics contributes to Bluecopter technologies in their Clean Sky projects ADHeRo (www.adhero.de) and ATHENAI (www.athenai.tum.de).

Within Clean Sky, technologies have been matured (from TRL3 to TRL6) with the objective to reduce the drag of the fuselage of a H135 by optimising the design of specific parts of the shape such as the landing gear, the aft body, and the hub fairing. The research activities have been accompanied and completed by an assessment in wind tunnel of the drag reduction improvements on a down-scaled model. These wind tunnel studies were subject of the project ADHeRo (Aerodynamic Design Optimisation of a Helicopter Fuselage including a Rotating Rotor Head, 2011 –  2014). Further drag reduction is associated with the new side intake design. Corresponding wind tunnel tests are performed on a full scale part model in the project ATHENAI (Aerodynamic Testing of Helicopter Novel Air Intakes, 2013 – 2015). The highly successful results obtained in these projects led to the introduction of those technologies on the Bluecopter demonstrator.

The research associates working in the field of helicopter aerodynamics are:

Dipl.-Ing. Moritz Grawunder
Dipl.-Ing. Florian Knoth
M.Sc. Patrick Pölzlbauer
Dipl.-Ing. Marco Stuhlpfarrer
Dipl.-Ing. Jaehun You

and former colleagues
Dipl.-Phys. Roman Reß
Dipl.-Ing. Florian Vogel.

The group is led by Prof. Dr.-Ing. Christian Breitsamter.


 

 

Gordon-Bell-Preis 2013 für Supercomputing geht an Team von ETH Zürich, Lawrence-Livermore-National Laboratory und TUM/AER.


Weltweit effizienteste und größte Strömungssimulation

Dank der Spitzenleistung von mehr als 12 PetaFLOPs  konnte die Gasdynamik-Abteilung des Lehrstuhls zusammen mit dem Computational Science and Engineering Laboratory der ETH Zürich die bisher größte und detaillierteste Simulation einer Kavitationsblasenwolke durchführen. Auf dem „Sequoia“-Computer (Platz 3 TOP 500 Liste, Nov. 2013) wurden 1.600.000 Rechenkerne benutzt, um auf 13x10^12 finiten Volumina 15000 Einzelblasen darzustellen.

Dabei wurden bis zu 14.4 PetaFLOPs und bis zu 73 % der Spitzenleistung erreicht, 65% der Spitzenleistung durchgängig.

Der Gordon-Bell-Preis der ACM (Association for Computing Machinery) geht auf Initiative des  gleichnamigen Ingenieurs und Unternehmensgründers zurück und ist mit 10.000 Dollar dotiert. Der US-Amerikaner gilt als einer der Pioniere im Bereich Hochleistungsrechnen und Parallelverarbeitung. Der Preis wird seit 1987 jährlich für überragende Leistungen im Bereich Supercomputing vergeben.

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Am Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik sind eine Vielzahl von Methoden der numerischen Behandlung von Strömungen vertreten. Von den kleinsten zu den größten Skalen, von inkompressiblen Strömungen bis zu Hyperschallströmungen sind alle Geschwindigkeitsbereiche vertreten. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der komplexen Umströmung von Flugzeugkonfigurationen im Unter- und Überschall, der Grobstruktursimulation (LES) und der Direkten Numerischen Simulation (DNS), Zweiphasenströmungen sowie Nano- und Mikrofluidik.

In enger Zusammenarbeit mit Experimenten wird die instationäre Aerodynamik (Flügelschwingungen, generalisierte Luftkräfte) von Flügeln großer Streckung und Transportflugzeugkonfigurationen numerisch untersucht. Dabei kommen speziell entwickelte instationäre Verfahren zur Anwendung, die auch eine Kopplung mit der Strukturverformung zulassen.

Im Bereich der Direkten Numerischen Simulation werden unter anderem Hoch­geschwindigkeits­unter­suchungen durchgeführt, bei denen durch die Hochtemperatureeffekte, z.B. bei Wiedereintrittsproblemen, die Modellierung der chemischen und thermischen Vorgänge große Bedeutung erlangt. Die genaue Untersuchung der Einflüße der Dissoziation und Rekombination wie auch von Nichtgleichgewichtseffekten auf den Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung stehen hier im Mittelpunkt.

In Grundlagenforschungsprojekten werden implizite LES-Verfahren (ILES) weiterentwickelt, die eine effizientere und genauere Modellierung der Turbulenz zum Ziel haben. Angewendet werden diese neuen Modelle unter anderem zur Berechnung von Zweiphasenströmungen und chemisch reagierenden Strömungen, sowie für die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI).

Neben Untersuchungen mit kommerziellen Softwarepaketen (z.B. ANSYS CFX™) für Kooperationsprojekte mit industriellen Partnern und der Studentenausbildung kommen hauptsächlich eigenentwickelte Programmpakete zum Einsatz, die auf dem aktuellesten numerischen Stand sind. Für die Untersuchungen zur Hochgeschwindigkeitsaerodynamik (DNS) und zur Grobstruktursimulation kann auf jahrelange Erfahrung mit Großrechenanlagen zurückgegriffen werden. Das Institut für Aerodynamik besitzt Zugang zu ausreichender Rechenkapazaität bei den Rechenzentren der Technischen Universität München und den Bundesrechenzentren auf massiv parallelen und Vektor-parallelen Systemen, die zu den größten ihrer Art zählen.Grundlegende Forderungen an die Automobilaerodynamik sind nachwievor Widerstandsreduktion und die Beherrschung instationärer Phänomene. Voraussetzung zur technischen Weiterentwicklung auf diesen Gebieten ist die Verfügbarkeit hinreichend genauer numerischer und experimenteller Werkzeuge. Auf diesen Gebieten arbeitet der Lehrstuhl eng mit der Automobilindustrie im Umfeld Münchens zusammen.

Unsere aktuelle Forschungsschwerpunkte sind:


  • Aerodynamik unkonventioneller Flugzeugkonfigurationen
  • Aerodynamik von Transportflugzeug- und Hochleistungsflugzeug-Konfigurationen
  • Zukünftige Raumtransportsysteme
  • Mikro- und Nanofluidik
  • Turbulenzmodellierung
  • Kompressible Turbulenz
  • Zweiphasenströmungen
  • Hochgeschwindigkeitsaerodynamik
  • Automobilaerodynamik