Despite extensive research on the Propulsive Fuselage Concept (PFC), a novel aircraft configuration aimed at reducing aviation’s environmental impact, existing numerical models for assessing its aero-propulsive performance in aircraft conceptual design remain inadequate. This research aims to bridge the gap between conventional aircraft design methodology and the challenges attributed to the strong coupling of airframe and propulsion systems inherent to those concepts. An integral momentum-based bookkeeping approach, joined by key performance indicators, results from a comprehensive review of methods for analyzing the aero-propulsive performance of fuselage-propulsor configurations in aircraft conceptual design. Further, a novel hybrid numerical methodology for assessing a 2D-axisymmetric fuselage-propulsor geometry is proposed. It combines a panel method with a finite volume simulation. A body force model is implemented to accurately predict the bi-directional impact of the fuselage fan on the airflow. The method is developed, validated, and applied to a design parameter study. The study's findings highlight the intricate, predominantly nonlinear relationship between geometric and operational design parameters and the aero-propulsive and aircraft performance. For the studied configuration, results indicate that the aircraft performance can be improved substantially by minimizing the fuselage-propulsor aggregated force in drag direction through geometric optimization. Direct integration of the numerical method in an aircraft design and sizing framework is not deemed suitable due to the high computational time required by the hybrid numerical approach. However, the method can be employed in a multi-dimensional parameter study to generate inputs for a surrogate model, which can then be seamlessly integrated into an aircraft conceptual design framework. The developed performance evaluation methodology for PFCs offers insights into optimizing fuselage-propulsor configurations and presents a robust foundation for future advancements in tightly coupled airframe and propulsion concepts toward sustainable aviation.     «

Despite extensive research on the Propulsive Fuselage Concept (PFC), a novel aircraft configuration aimed at reducing aviation’s environmental impact, existing numerical models for assessing its aero-propulsive performance in aircraft conceptual design remain inadequate. This research aims to bridge the gap between conventional aircraft design methodology and the challenges attributed to the strong coupling of airframe and propulsion systems inherent to those concepts. An integral momentum-base...     »

Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten zum Propulsive Fuselage Concept (PFC), einer neuartigen Flug\-zeug\-kon\-fi\-gu\-ra\-tion zur Verringerung der Umweltauswirkungen des Luftverkehrs, sind die bestehenden numerischen Modelle zur Bewertung der aeropropulsiven Leistung im Flugzeugvorentwurf unzureichend. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, die bestehende Lücke zwischen den konventionellen Methoden des Flugzeugvorentwurfs und den Herausforderungen, die durch die starke Kopplung zwischen Flug\-zeug\-ae\-ro\-dy\-na\-mik und Antriebssystem dieser Konzepte entstehen, zu schließen. Ein Ansatz basierend auf integraler Impulserhaltung, ergänzt durch Leistungsindikatoren, ist das Ergebnis einer umfassenden Studie von Methoden zur Bewertung der aerodynamischen Leistung von Rumpf-Propulsor-Konfigurationen im Flugzeugentwurf. Weiterhin wird ein neuer hybrider numerischer Ansatz für die Analyse einer 2D-achsensymmetrischen Rumpf-Propulsor-Geometrie vorgeschlagen. Er kombiniert eine Panel-Methode mit einer Finite-Volumen Simulation und einem Body-Force-Modell, um die bidirektionalen Auswirkungen von grenzschichteinsaugendem Fan und Rumpfaerodynamik zu modellieren. Die Methode wird implementiert, validiert und in einer beispielhaften Sen\-si\-ti\-vi\-täts\-stu\-die angewendet. Die Ergebnisse der Studie verdeutlichen die komplexe, überwiegend nichtlineare Beziehung zwischen geo\-me\-tri\-schen und operationellen Entwurfsparametern und der Flugzeugleistung. Für die untersuchte Konfiguration zeigen die Ergebnisse, dass die Leistung des Flugzeugs durch eine Minimierung der aggregierten Rumpf-Propulsor-Kraft in Widerstandsrichtung durch geometrische Optimierung erheblich verbessert werden kann. Eine direkte Integration der numerischen Methode in ein Flugzeugvorentwurfsframework ist aufgrund der hohen Rechenzeit, die der hybride Ansatz erfordert, nicht möglich. Die Methode kann jedoch in einer mehrdimensionalen Parameterstudie eingesetzt werden, auf deren Basis ein Ersatzmodell generiert wird, welches in den Flugzeugentwurf integriert werden kann. Das entwickelte Framework für das Design und die Bewertung von PFCs bietet nicht nur Einblicke in die Optimierung von Rumpf-Propulsor-Konfigurationen, sondern stellt auch eine solide Grundlage für künftige Entwicklungen stark gekoppelter Antriebskonzepte für eine nachhaltige Luftfahrt dar.     «

Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten zum Propulsive Fuselage Concept (PFC), einer neuartigen Flug\-zeug\-kon\-fi\-gu\-ra\-tion zur Verringerung der Umweltauswirkungen des Luftverkehrs, sind die bestehenden numerischen Modelle zur Bewertung der aeropropulsiven Leistung im Flugzeugvorentwurf unzureichend. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, die bestehende Lücke zwischen den konventionellen Methoden des Flugzeugvorentwurfs und den Herausforderungen, die durch die starke Kopplung zwischen Flug...     »