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| 037 | _ | _ | |a RWTH-2025-06777 |
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| 245 | _ | _ | |a Gondelauslegung für Mantelpropellerantriebe |c vorgelegt von Jan-Philipp Hofmann |h online |
| 246 | _ | 3 | |a Nancelle design for ducted fan propulsion systems |y English |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |b RWTH Aachen University |c 2025 |
| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource : Illustrationen |
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| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
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| 500 | _ | _ | |a Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025 |b Dissertation |c Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen |d 2025 |g Fak04 |o 2025-03-07 |
| 520 | 3 | _ | |a Gegenstand dieser Arbeit ist eine Entwurfs- und Bewertungsmethodik für die aerodynamische Gondelauslegung von Mantelpropellerantrieben. Diese wird anhand einer exemplarischen Gondelauslegung für ein Ultraleichtfluggerät mit zwei elektrischen Mantelpropellerantrieben demonstriert und mittels experimenteller Untersuchungen unterverschiedenen Anströmbedingungen an einem Prototyp validiert. Abschließend werden wichtige Entwurfszusammenhänge in der aerodynamischen Gondelauslegung aufgezeigt. Die Entwurfs- und Bewertungsmethodik für die aerodynamische Gondelauslegung baut auf einem am Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen entwickelten Verfahren zur Auslegung und Bewertung von Mantelpropellerantrieben auf. Das aerodynamische Verhalten der unterschiedlichen Gondelgeometrien wird für verschiedene Betriebspunktemittels numerischer Lösung der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen untersucht. Die Beschaufelung wird hierfür durch ein einmalig für diese Beschaufelung aufgebautes Aktuatorscheiben-Modell abgebildet, das die lokale Anströmgeschwindigkeit sowie den Anströmwinkel berücksichtigt. Ausgewertet werden sowohl das Betriebsverhalten, als auch weitere Kenngrößen wie der Einlauftotaldruckverlust und die Staupunktslage. Die Validierung der Methodik erfolgt durch experimentelle Untersuchungen. Bei axialer Anströmung nimmt der Schub mit steigender Leistung zu und verringert sich bei zunehmender Anströmgeschwindigkeit. Dabei liegen die numerisch berechneten Schubwerte erwartungsgemäß geringfügig über den Messdaten. Die berechneten Staupunktlagenstimmen über den gesamten Betriebsbereich nahezu mit den experimentell bestimmten überein. Mit steigendem Anströmwinkel nimmt der Schub bei konstanter Anströmgeschwindigkeit und konstanter Antriebsleistung zu. Dies bestätigen die experimentellen Daten, jedoch liegt der Schub bei großen Anströmwinkeln von etwa 40° bis zu 10 % unter dem numerisch berechneten Schub. Die Quantifizierung wichtiger Entwurfszusammenhängeerfolgt anhand von drei repräsentativen Betriebspunkten, dem Startlauf, dem Reiseflug sowie einem Startlauf unter Seitenwindeinfluss. Die Variation des Einlauf- und des Manteldurchmessers zeigt, dass eine schlanke Gondelgeometriegegenüber der Basisgeometrie bei fast konstanter Startleistung bis zu 4 % weniger Reiseflugleistung benötigt und unter Seitenwind keine Nachteile aufweist. Zugleich ermöglicht die schlanke Gondelgeometrie eine deutliche Einkürzung der Gondel. Eine Verkürzung der Einlauflänge um 20 % des Rotorradius reduziert die notwendigen Antriebsleistungen sowohl im Startlauf als auch im Reiseflug um etwa 1 %, die Reduktion bei einer Verkürzung der Düsenlänge um den gleichen Betrag ist dagegen zu vernachlässigen. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Entwurfs- und Bewertungsmethode das Betriebsverhalten und die Gondelumströmung von Mantelpropellern präzise nachbildet und für die Bewertung verschiedener Gondelauslegungen geeignet ist. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a A design and evaluation method for the aerodynamic nacelle design of ducted fans is presented in this thesis. Based on an exemplary nacelle design for an ultralight aircraft powered by two electric ducted fan propulsion systems, the method is demonstrated and validated by experimental investigations under different inflow conditions on a prototype. Finally, important correlations for the aerodynamic nacelle design are presented. The design and evaluation method for the aerodynamic nacelle design is based on a design procedure for ducted fan propulsion systems which was developed at the Institute of Jet Propulsion and Turbomachinery. Different nacelle geometries are investigated for various operating points using numerical solutions of the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. For this purpose, the blading is represented by an actuator disk model which is set up uniquely for the blading and takes into account the local inflow velocity and the angle of attack. The operating performance and other parameters such as the total inlet pressure loss are evaluated. The method is validated by experimental studies on a reference geometry. Under axial flow conditions, the thrust increases with increasing power and decreases at higher flow velocity. The numerically calculated thrust values are, as expected, slightly higher than the measured data, and the calculated stagnation point positions correspond with the experimentally determined ones over the entire operating range. For increasing angle of attack, the calcultated thrust values enhance at constant flow velocity and constant propulsion power. This is confirmed by the experimental data, but at large angles of attack of about 40° the measured thrust is up to 10 % below the numerically calculated one. The quantification of important correlations for the aerodynamic nacelle design is based on three representative operating points, the take-off run, the cruise flight and a take-off run under crosswind influence. The variation of the inlet and the outer nacelle diameter shows that a slimmer nacelle geometry requires up to 4 % less cruise power compared to the basic geometry while the take-off performance remains almost constant and there are no disadvantages under crosswind conditions. At the same time, the slim nacelle geometry enables a significant shortening of the nacelle. Shortening the inlet length by 20 % of the rotor radius reduces the required propulsion power by around1 % both during take-off and cruise flight, whereas shortening the nozzle length by the same amount is negligible. In summary, the design and evaluation method is suitable for evaluating different nacelle designs and reproduces both operating performance and nacelle aerodynamics of ducted fan propulsion systems very accurately. |l eng |
| 588 | _ | _ | |a Dataset connected to Lobid/HBZ |
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