Freiflugexperimente zum Einfluss atmosphärischer Turbulenz auf Laminarprofile
Final Report Abstract
Atmosphärische Turbulenz macht sich im Flug als Störung der Anströmung bemerkbar. Solche Bedingungen können die Leistung von Laminarprofilen beeinträchtigen, deren Auslegungsziel, die Strömung möglichst lange laminar zu halten. In dieser Arbeit wird das Strömungsverhalten eines Laminarprofils im Gleitflug unter ruhigen und leicht bis moderat turbulenten Bedingungen untersucht. Eine umfangreiche Messplattform wurde in einen Motorsegler integriert, um Einblicke in die Strömungsprozesse an einem Laminarprofil unter Reisflugbedingungen zu gewinnen. Simultane Messungen der charakteristischen aerodynamischen Profilgrößen ermöglichen die Korrelation mit den Störungen in der Anströmung. Um ein besseres Verständnis für den Flug durch Turbulenz zu entwickeln, wird die Grenzschichttransition zunächst detailliert unter ruhigen Bedingungen untersucht. Dabei zeigen sich Unterschiede im Transitionsverhalten zwischen der Ober- und der Unterseite des Profils. Neue Erkenntnisse über die schwach nichtlineare Phase der Grenzschichttransition in einer störungsarmen Umgebung werden vorgestellt. Aufgrund der zufälligen Natur atmosphärischer Turbulenz erfolgt die Betrachtung der Ergebnisse moderat turbulenter Bedingungen als Fallstudien. Dies ermöglicht eine umfassende Untersuchung zeitabhängiger Randbedingungen, reibungsfreier Profileffekte und des Antwortverhaltens der Grenzschicht auf die turbulente Anregung. Die Interaktion all dieser Effekte wird ersichtlich. Die wichtige Rolle der Instationarität der Anströmung im Transitionsprozess der Profilgrenzschicht wird demonstriert. Auf der Profilunterseite werden starke, kurzfristige Fluktuationen der Transition entgegen der Hauptströmungsrichtung unter moderat turbulenten Bedingungen detektiert. Es zeigt sich, dass die Transition durch Tollmien-Schlichting Wellen eingeleitet wird. Daneben werden Anzeichen für eine frühzeitige Transition erfasst, die nur teilweise auf die instationären Veränderungen der Grenzschichtprofile zurückzuführen sind. Die experimentellen Ergebnisse werden ergänzt durch numerische Untersuchungen unter Verwendung instationärer Panel- und Grenzschichtmethoden, sowie der linearen Stabilitätstheorie.
Publications
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