Windkanal

Die stömungsmechanischen Gleichungen sind je nach Modellgröße in einem Gebiet von z.B. horizontal 2 x 2 Meter und 1,5 Meter in der Vertikalen formuliert. Die Randbedingungen sind als offene formuliert, d.h. an den Randflächen, an denen ein Einströmen deklariert ist, wird die Geschwindigkeit und alle Variablen wie Druck, potentieller Temperatur und in situ Temperatur konsistent zur Zustandsgleichung und zu einem atmosphärischen Standardprofil mit 0,6K pro 100 Meter Zunahme der potentiellen Temperatur auf Meereshöhe vorgegeben. Die Ausströmbegingungen werden dynamisch als Ergebnis der Berechnung der Strömung bestimmt.

Das aerodynamisch zu vermessende Objekt der Begierde, also das Modellflugzeug, wird mit Hilfe analytischer Funktionen z.B. mit einer verallgemeinerten Variante des Joukowsky-Profils für Tragfläche, Vorflügel und Seitenleitwerk angepasst an das jeweilige Modell oder die Rumpfquerschnitte aus Teilobjekten zusammen gesetzt, sodass am Ende jede zu berechnende Zelle des regulären Gitters mitgeteilt bekommt, ob es Teil des Modellflugzeugs oder ausserhalb liegt.

Üblicherweise rechne ich horizontal mit 319 Gitterpunkten und 255 Gitterpunkten in der Vertikalen (x steht zukünftig für die Längsachse, y für die Querachse und z für die Hochachse). Zusammen mit einer Verdichtung im Kern des Windkanals ergibt das eine Auflösung von typisch 1,5 Millimetern in z-Richtung, damit das Tragflächenprofil bestmöglichts aufgelöst wird, 2 Millimeter in y-Richtung, damit der Rumpf horizontal noch passabel aufgelöst wird, und ebenfalls 2 Millimeter in x-Richtung, damit insbesondere die Strömung um die Tragflächenvorderkanten noch hinreichend gut aufgelöst ist.

Das Objekt, das das Modellflugzeug darstellt, wird quasi mit virtuellen Stahlseilen im Windkanal fixiert. Um unterschiedliche Anströmwinkel zu realisieren, wird der Windkanal und damit das Modellflugzeug nicht nur von vorne, sondern eventuell je nach simuliertem Anstellwinkel auch von unten oder auch von der Seite angeströmt.

Um Steig- und Gleitflug genauer simulieren zu können, ist ein Drehwinkel um die Querachse des Winkanals in den Gleichungssystemen berücksichtigt.