Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage...
Studierende lernen die grundlegenden mathematische Modelle in der Aerodynamik (reibungsfreie / reibungsbehaftete Strömungen, inkompressible / kompressible Strömungen) und die jeweiligen Eigenschaften der beschreibenden partiellen Differentialgleichungen (elliptisch, parabolisch, hyperbolisch) sowie deren konsistenter Orts- und Zeitdiskretisierung.
Nach erfolgreicher Absolvierung sind die Studierenden in der Lage, die grundlegenden Konzepte der numerischen Verfahren (Finite-Differenzen / Finite Volumen) zu verstehen und diese erfolgreich zur Berechnung von Druckverteilungen und aerodynamischen Kräften beispielsweise an Flugzeugen bei geringen und hohen Geschwindigkeiten anzuwenden. Zusätzlich sind die Studierenden in der Lage, Grenzschichten, Strömungsablösungen und Verdichtungsstöße zu verstehen und zu analysieren. Weiters kennen die Studierenden die Vor- und Nachteile von numerischen Simulationen für den Entwurf von Flugzeugen und sind sich der Bedeutung der Turbulenzmodellierung in der Aerodynamik bewusst.
Die wesentlichen Inhalte der Vorlesungsübung sind:
Grundlegende Definitionen und Gleichungen in der Aerodynamik; Euler- und Navier-Stokes Gleichungen; Eigenschaften von elliptischen, parabolischen und hyperbolischen partiellen Differentialgleichungen und deren Wichtigkeit zur Beschreibung aerodynamischer Problemstellungen bei unterschiedlichen Mach-Zahlen
Potentielle Flüsse; Panel-Methoden.
Finite-Differenzen-Methode, Approximation von Ableitungen (erste, zweite und höhere Ordnung); Explizite und Implizite Verfahren; Abbruch- und Rundungsfehler; Konsistenz, Stabilität, Genauigkeit und Konvergenz; Gittergenerierung (strukturierte und unstrukturierte Gitter);
Grundlage der Finiten-Volumen-Methode; Dispersion und Dissipation von numerischen Verfahren; ADI (Alternating-Direction-Implicit) Verfahren, Druckkorrekturverfahren, geschachtelte (staggered) Gitterverfahren.
Die VU beinhaltet Lerntechniken vom Frontalunterricht über Tutorien und Übungsaufgaben. Studierende werden dazu motiviert, Problemstellungen mit anderen Studierenden zu diskutieren und selbstständig bzw. in Kleingruppen zu lösen. Mehrere Hausaufgaben, welche selbstständig oder in Kleingruppen zu lösen sind (beinhalten oft Programmierarbeiten), werden während des Semesters ausgeteilt.
Die Leistungsbeurteilung erfolgt durch einen technischen Bericht, welcher die Beschreibung der Implementierungen, Berechnungen und erzielten Ergebnisse der einzelnen Hausübungen und eines Projektes beinhaltet.
Grundlegende Kenntnisse in Strömungsmechanik, Aerodynamik und numerische Methoden sowie Programmiererfahrung (Fortran, Matlab oder C++).
