Transonic flutter computations for the NLR 7301 supercritical airfoil

A numerical investigation of the transonic steady-state aerodynamics and of the two-degree-of-freedom bending/torsion flutter characteristics of the NLR 7301 section is carried out using a time-domain method. An unsteady, two-dimensional, compressible, thin-layer Navier–Stokes flow-solver is coupled with a two-degree-of-freedom structural model. Fully turbulent flows are computed with algebraic or one-equation turbulence models. Furthermore, natural transition is modeled with a transition model. Computations of the steady transonic aerodynamic characteristics show good agreement with Schewe's experiment after a simplified accounting for wind-tunnel interference effects is used. The aeroelastic computations predict limit-cycle flutter in agreement with the experiment. The computed flutter frequency agrees closely with the experiment but the computed flutter amplitudes are an order of magnitude larger than the measured ones. This discrepancy is likely due to the omission of the full wind-tunnel interference effects in the computations. Der vorliegende Beitrag stellt die Ergebnisse einer numerischen Studie zum transsonsischen Flatterverhalten des NLR 7301-Profils vor. Mittels eines Zeitschrittverfahrens wurden die Flattercharakteristika für eine Schwingungsform mit zwei Freiheitsgraden, Torsion und Biegung, untersucht. Das numerische Verfahren löst die zweidimensionalen, instationären und nichtlinearen thin-layer Navier–Stokes-Gleichungen, die zur Simulation der Aeroelastik mit einem Strukturmodell gekoppelt sind. Die Turbulenzmodellierung erfolgt sowohl mit einem algebraischen als auch mit Eingleichungsmodellen unter Einbindung eines Transitionsmodells. Durch Berücksichtigung des Einflußes der Windkanalwände auf die Strömung in Form einer korrigierten Anströmmachzahl und eines korrigierten Anströmwinkels konnte für die stationäre Stromung eine gute Übereinstimmung zwischen numerischer Simulation und den Meßwerten von Schewe erreicht werden. Die instationaren aeroelastischen Rechnungen ergaben in Übereinstimmung mit dem Experiment Limit-Cycle-Flattern. Während die berechneten Frequenzen annähernd den experimentell ermittelten entsprachen, waren die numerisch vorhergesagten Amplituden um eine Großenordnung höher als im Experiment. Diese Abweichung ist darauf zurückzuführen, dass für die instationären Rechnungen die Windkanalwandeinflüße nicht berücksichtigt wurden.