Experimentelle Untersuchung von Hinterkantenbürsten zur Stoßbeeinflussung an einem superkritischen Profil im Transschall
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die experimentellen Untersuchungen des vorliegenden Projekts wurden an einem superkritischen Profilmodell im Ludwieg-Transschall-Kanal (LTK) des Stoßwellenlabors (SWL) der RWTH Aachen durchgeführt. Dieses Ludwiegrohr wurde im Rahmen dieses Projektes durch eine Modifikation eines zuvor bestehenden Stoßrohres (Stoßrohr-Transschall-Kanal (STK)) erfolgreich in Betrieb genommen. In dem Ludwiegrohr wird die Strömung nicht wie in einem Stoßrohr durch eine instationäre Stoßwelle, sondern durch eine Expansionswelle initiiert. Durch die Inbetriebnahme des LTK konnte die Messdauer im Vergleich zum Stoßrohr beachtlich gesteigert werden. Weiterhin konnte durch das geänderte Funktionsprinzip der störende Einfluss eines Initialstoßes auf die Profiluntersuchungen, wie er im Fall des Stoßrohres auftritt, vermieden werden. Druckmessungen wie auch Strömungsvisualisierungen mittels der Schlierentechnik zeigen eine deutlich störungsfreiere Strömung. Zur experimentellen Untersuchung des Einflusses einer Hinterkantenbürste auf das Strömungsverhalten eines superkritischen BAC 3-11 Profilmodells wurde dieses Profilmodell mit Hinterkantenbürsten unterschiedlicher Länge und mit unterschiedlichen Borstendurchmessern ausgestattet. Insgesamt erfolgte somit eine Analyse des Einflusses von 18 verschiedenen Hinterkantenbürsten (drei Borstendurchmesser mit sechs Längen) auf das Strömungsverhalten. Die Messungen wurden im LTK bei drei verschiedenen Anströmmachzahlen (0,7, 0,72 und 0,74) und einer auf die Profiltiefe c bezogenen Reynoldszahl von Rec = 1 Mio durchgeführt. Eine FFT Analyse der Druckfluktuationen zeigt einen dämpfenden Einfluss der Hinterkantenbürsten auf die Wellenphänomene. Dabei wurde im Fall einer Modifikation mit einer Hinterkantenbürste eine deutlich geringere Wellenintensität festgestellt. Diese Reduktion der Wellenintensität tritt insbesondere für Amplituden in dem für die Druckwellen charakteristischen Frequenzbereich (ca. 1 kHz) auf. Der Grad der Dämpfung infolge einer Hinterkantenbürste wird mittels eines Dämpfungsfaktors bestimmt. Der Dämpfungsfaktor wurde für die Profilposition, an der die maximalen Druckamplituden registriert werden können, für einen Frequenzbereich von 800 Hz - 1200 Hz bestimmt. Für die untersuchten Bürsten konnte eine Dämpfung der Druckamplitude von bis zu 80 % festgestellt werden. Die maximale Dämpfung der untersuchten Borstendurchmesser wird bei einer Bürstenlänge von 6 mm bis 10 mm erzielt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein größerer Borstendurchmesser auch zu einer größeren Dämpfung führt. Eine erste Korrelation der Dämpfungsfaktoren aller Bürstenkonfigurationen über eine charakteristische Bürstenparameterkombination d/L2 zeigt eine erste Tendenz, in der die Dämpfungsfaktoren einer Ausgleichsfunktion zweiter Ordnung folgen. Weiterhin zeigte sich, dass insbesondere die Bürstenkonfiguration d = 0,5 mm und L = 10 mm zu einer signifikanten Reduktion der Standardabweichung entlang der Profilsaugseite führt. Es ist interessant anzumerken, dass die erste Biegeeigenfrequenz dieser Bürste sehr gut mit der charakteristischen Wellenfrequenz von ca. 1000 Hz - 1100 Hz übereinstimmt. Ein Einfluss der Hinterkantenbürste sowie deren Anbringung am Profilmodell auf die Druckverteilung konnte ebenfalls festgestellt werden. In Bezug auf den Auftriebsbeiwert zeigte sich, dass kleinere Borstendurchmesser zu einer Auftriebserhöhung und größere zu einer Auftriebsreduktion führen. Dementsprechend führten die Bürsten mit den dicksten Borsten (d = 0,5 mm) zur größten Auftriebsreduktion. Für Hinterkantenbürsten mit dünneren Borsten (d = 0,08 mm) konnte eine deutliche Auftriebserhöhung bei einer gleichzeitig dämpfenden Wirkung auf die Druckamplituden nachgewiesen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental characterization of the transonic test section flow in a Ludwieg tube. Aerospace Science and Technology, Band 81, S. 249-258, 2018
Hammer B. and Olivier H.
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Quantitative high-speed schlieren for a transonic flow field around a supercritical airfoil. SPIE. 11051, 32nd International Congress on High-Speed Imaging and Photonics, 110510L, 2019
Hammer B. and Olivier H.
