Wirbelbildung in der instätionären Aerodynamik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Cameron Tropea
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248352504

Das geplante Vorhaben betrachtet die Grundlagen der Wirbelbildung und Wirbelablösung bei instationären Randbedingungen, insbesondere bei bewegten Auftriebsflächen. Solche Strömungsbedingungen sind sowohl in der Natur (Schlagflug), aber auch in der Aerodynamik von Hubschrauber oder Windkraftanlagen zu finden, letztere z.B. bei Böen. Motiviert wird diese Studie aus der wohl bekannten Erscheinung von Vorderkantenwirbeln, welche eine starke Hysterese des Auftriebsverhaltens verursacht (dynamic stall). Solche Ausschläge des Auftriebs können u.U. sehr nützlich eingesetzt werden, sie können aber auch sehr hinderlich sein, z.B. wegen der aufkommenden Wechsellast oder durch akustische Anregungen. Ziel des Vorhabens ist es, einen tieferen Einblick in die Physik und die Abhängigkeiten dieses Phänomens zu erhalten und Modellansätze für dessen Vorhersage und Beeinflussung zu finden.Das Vorhaben ist experimentell konzipiert, in dem das Geschwindigkeitsfeld und die Kräfte auf solchen bewegten Profilen gleichzeitig erfasst werden. Eine Erfassung des Geschwindigkeitsfeldes erfolgt mithilfe der zeitaufgelösten Particle Image Velocimetry, dadurch lassen sich die Entstehung, das Wachstum und die Ablösung des Vorderkantenwirbels sowohl topologisch visualisieren als auch über die Zirkulation quantitativ beschreiben. Die hierfür vorgesehene experimentelle Vorrichtung bietet einen recht einmaligen Parameterraum an, in dem sich einzelne Einflussparameter (Reynoldszahl, Strouhalzahl, reduzierte Frequenz) unabhängig der anderen über breite Bereiche variieren lassen. Kinematisch sind Hub- und Nickbewegungen sowie beliebige periodische Bewegungen realisierbar. Das Messprogramm baut auf konkrete Arbeitshypothesen, welche aus eigener Vorarbeit und Kenntnis aus der Literatur formuliert werden. Hierbei wird insbesondere eine wechselnde Rolle der Viskosität bei veränderter Reynoldszahl erwartet. Schließlich, nachdem die grundlegenden Mechanismen der Wirbelwachstum und Wirbelablösung geklärt sind, werden konkrete Konzepte für die Beeinflussung der Verweildauer und die Stärke des Vorderkantenwirbels geprüft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen