Aktive Grenzschichtkontrolle zur Transitionsverzögerung zweidimensionaler Grenzschichten in Flugversuchen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aktive Strömungskontrolle in der laminaren Strömungsgrenzschicht kann die Wandreibung am Tragflügel durch Verzögerung der laminar-turbulenten Transition verringern. In dieser Arbeit wird die (re-)aktive Strömungskontrolle zur Dämpfung von Tollmien-Schlichting (TS) Wellen in einer zweidimensionalen laminaren Grenzschicht untersucht. Die TS-Wellen, welche die Transition einleiten, werden nach dem Superpositionsprinzip mit DBD Plasmaaktuatoren ausgelöscht. Die aktive Wellendämpfung setzt den Einsatz von Regelalgorithmen voraus, deren Stabilität von variablen Anströmbedingungen beeinflusst wird. Der Einsatz modellbasierter (Linear-Quadratic-Gaussian) und adaptiver Regelalgorithmen (ltered-x-LMS) wurde in Windkanal- und Flugexperimenten unter realistischen (variablen) Anströmbedingungen untersucht. Die Weiterentwicklung des delayed-x-LMS Algorithmus ermöglicht einen stabilen sowie robusten Betrieb des Reglers für die aktive Wellendämpfung im Flug. Die gewonnenen Ergebnisse wurden durch direkte numerische Simulationen sowie lineare Stabilitätstheorie validiert. Die Herausforderungen für den Einsatz von DBD Plasmaaktuator-Arrays zur Verzögerung der natürlichen Transition wurden im Projekt aufgezeigt. Für die Reduzierung der benötigten Rechenleistung wurde die Vereinfachung von Übertragungspfaden diskutiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2018) Cancellation of Tollmien–Schlichting Waves in Direct Vicinity of a Plasma Actuator. AIAA Journal 56 (5) 1760–1769
Simon, Bernhard; Markus, Daniel; Tropea, Cameron; Grundmann, Sven
(Siehe online unter https://doi.org/10.2514/1.J056265) - (2015). Active flow control of laminar boundary layers for variable flow conditions. Int. J. Heat Fluid Flow, 56:344-354
Simon, B., Nemitz, T., Rohlfing, J., Fischer, F., Mayer, D., and Grundmann, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.09.003) - (2016). In-flight active wave cancelation with delaved-x-LMS control algorithm in a laminar boundary layer. Exp. Fluids, 57(10):1-16
Simon, B., Fabbiane, N., Nemitz, T., Bagheri, S., Henningson, D. S., and Grundmann, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00348-016-2242-5) - (2016). IR thermography for dynamic detection of laminar-turbulent transition. Exp. Fluids, 57(5):1-12
Simon, B., Filius, A., Tropea, C., and Grundmann, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00348-016-2178-9) - (2016). Towards in-flight applications? A review on DBD-based boundary-layer control. Appl. Mech. Rev., 68(2), 020802
Kriegseis, J., Simon, B., and Grundmann, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1115/1.4033570) - (2017). Active Cancellation of Tollmien-Schlichting Waves under Varying Inflow Conditions for In-Flight Application. PhD thesis, Technische Universität Darmstadt
Simon, B.
