Aktive Grenzschichtkontrolle zur Transitionsverzögerung zweidimensionaler Grenzschichten in Flugversuchen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sven Grundmann
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247294283

Die Reibungsreduktion an Verkehrsflugzeugen ist ein Forschungsthema von größtem ökologischem und ökonomischem Interesse. Aktive Methoden versprechen ein großes Potential zur Verringerung des Reibungswiderstandes, haben jedoch noch sehr großen Forschungs- und Entwicklungsbedarf, bevor eine industrielle Anwendung ernsthaft erwägt werden kann. Grundsätzliche Fragen nach dem richtigen Konzept, dem richtigen Aktuator und der erreichbaren Effizienz der Systeme sind noch offen. Das hier vorgeschlagene Projekt fügt sich an die bisherigen Entwicklungen an, in welchen die Verwendbarkeit von Plasma Aktuatoren zur Verzögerung der Transition zweidimensionaler Grenzschichten auch in Flugversuchen demonstriert wurde. Basierend auf zwei grundsätzlich unterschiedlichen Ansätzen, der Grenzschichtstabilisierung und der aktiven Wellendämpfung, sind in bisherigen Untersuchungen vier unterschiedliche Betriebsmodi für Plasma Aktuatoren identifiziert und eingesetzt worden. Diese vorläufigen Experimente waren zum Teil einfach gehaltene Experimente in Windkanälen, es wurden aber auch aufwendige Flugexperimente mit dem fachgebietseigenem zweisitzigen Motorsegler bei natürlich einsetzender Transition im Flugversuch durchgeführt. Diese Vorarbeiten zeigen das große Entwicklungs- und Anwendungspotential von Plasma Aktuatoren zur aktiven Grenzschichtkontrolle an einem Flugzeug. Die hier vorgeschlagenen Arbeiten gliedern sich in eng verzahnte theoretisch-numerische Untersuchungen, generische Experimente in Grenzschichten einer ebenen Platte und Experimente in Grenzschichten von Tragflügelprofilen im Windkanal und Flugexperiment unter realistischen Bedingungen. Grenzschichtberechnungen unter Berücksichtigung der experimentell ermittelten Kraftdichteverteilung von Plasma Aktuatoren mit einer anschließenden Stabilitätsanalyse erlauben die Auslegung von Aktuatorsystemen/-arrays zur energieeffizienten Transitionsverzögerung. Windkanalexperimente in Grenzschichten einer ebenen Platte werden zur detaillierten Analyse und Optimierung der Aktuatorwirkung durchgeführt. Der experimentelle Aufbau mit einem Handschuh für den Tragflügel des Motorseglers kann sowohl im Flug als auch im Windkanal verwendet werden, was die effiziente Vorbereitung der abschließenden Flugexperimente ermöglicht.Mit neu entwickelten Analysemethoden für die Leistung, Wirkung und Krafterzeugung von Plasma Aktuatoren werden die Energiebilanzen der verschiedenen Ansätze und Betriebsmodi aufgestellt sowie deren Effizienz ermittelt. Auf diese Weise soll eine vergleichende Gegenüberstellung der Verfahren und Bewertung der Zukunftschancen der Konzepte erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen