Effizienzsteigerung von aktiver Strömungskontrolle durch Optimierung des Betriebszyklus

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Julien Weiss
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426637148

Die gepulste Injektion von Fluidstrahlen in eine Querströmung ist eine weit verbreitete Methode, um Strömungsablösungen zu verhindern oder zu verzögern. Obwohl sie seit Jahrzehnten untersucht wird, ist das Potenzial dieser Technik zur Vereinfachung mechanisch komplexer Hochauftriebskonfigurationen in der Luftfahrtindustrie noch nicht genutzt worden. Aus aerodynamischer Sicht ist dies hauptsächlich auf einen übermäßigen Massenstromverbrauch zurückzuführen. Das übergeordnete Ziel in diesem Projekt ist die Etablierung eines neuartigen Ansatzes für die Auswahl von Betriebsparametern, der zu einer signifikanten Reduktion des Massenstromverbrauchs unter Beibehaltung der Kontrollautorität führt. In der ersten Förderperiode (2019-2022) wurden fundamentale Eigenschaften von gepulsten Jets untersucht, die Aufschluss über charakteristische Wirbelstrukturen und die zugrundeliegenden Mechanismen im Zusammenhang mit dem Funktionsprinzip des untersuchten Verfahrens geben. Ein wichtiges Ergebnis war die Identifizierung einer strömungs-inhärenten Zeitskala, die das Wiederauftreten der Strömungsablösung nach dem Impulseintrag in einem generischen Aufbau definiert. Das Wissen um diese Zeitskala ermöglicht erhebliche Massenstromeinsparungen, da der zeitliche Verzug zwischen aufeinanderfolgenden Fluidpulsen optimiert werden kann. Die experimentellen Ergebnisse haben auch unsere anfängliche Hypothese insofern bestätigt, als eine Verringerung des duty cyle zu systematischen Effizienzsteigerungen führt.In der zweiten Förderperiode werden diese Ergebnisse auf eine Strömungskonfiguration übertragen, die für die Aerodynamikgemeinschaft relevanter ist. Außerdem werden praktische Fragen adressiert, die bei solchen Anwendungen auftreten. Konkret wird ein Flügelmodell mit endlicher Spannweite und einfacher Klappe mit einem Array von Aktuatoren ausgestattet, um der Grenzschichtablösung an der Klappe entgegenzuwirken. Zunächst wird untersucht, wie die in der ersten Förderperiode etablierte Methode auf diesen anwendungsrelevanteren Aufbau übertragen werden kann. Dann wird das Auftreten von dynamischen Belastungen durch die periodische Forcierung der Strömung betrachtet und phasenverschobene Antriebssignale als mögliche Gegenmaßnahme bewertet. Schließlich wird der Abstand zwischen benachbarten Aktuatorauslässen untersucht, der eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Massenstromverbrauchs darstellt.Es wird erwartet, dass die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse eine besser informierte Auswahl der Betriebsparameter in zukünftigen Anwendungen der aktiven Ablösekontrolle ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen