Modelling and design of wing tip devices at various flight conditions using a databased aerodynamic prediction tool

A design study of wing tip devices at high and low speeds is described. The basis of the design study is an equivalent drag approach containing both aerodynamic drag gain and structural weight penalty. A comprehensive parameter study is carried out using a rapid aerodynamic prediction tool named Lift and Drag Component Analysis (LIDCA). Adding to an available lifting-line method a databased module for airfoil data is employed that uses results of two-dimensional flow simulations by multidimensional interpolation. Detailed validation studies of the method at high lift and high speed have demonstrated good accuracy. RANS computations of the selected wing tip designs confirm the predicted benefits at cruise condition. The results of the most effective wing tip designs are analysed at both flight conditions. Finally, options for improving the performance at take-off are suggested.

ZusammenfassungEs werden Untersuchungen über Zweipunktauslegungen von Flügelendformen im Reiseflug und im Startfall vorgestellt. Die Studie basiert auf der Verwendung eines äquivalenten Widerstandes als Gütefunktion, der sowohl aerodynamische Widerstandsreduktion als auch Erhöhung von Strukturgewicht berücksichtigt. Eine ausführliche Parameterstudie wird unter Verwendung einer aerodynamischen Vorhersagemethode namens Lift and Drag Component Analysis (LIDCA) durchgeführt. Aufbauend auf einem Mehrfach-Traglinienverfahren werden die Profileigenschaften mit einem Datenbankverfahren berücksichtigt, das Ergebnisse aus zweidimensionalen Strömungssimulationen durch mehrdimensionale Interpolation nutzt. Detaillierte Validierungen der Methode bei hohen und niedrigen Machzahlen haben eine gute Genauigkeit gezeigt. RANS Rechnungen bestätigen bei ausgewählten Flügelendformen die von LIDCA vorausgesagten Gewinne im Reiseflug. Die Ergebnisse der vielversprechendsten Flügelendformen werden bei beiden Flugbedingungen analysiert. Abschließend werden Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung im Startfall vorgestellt.