Aerodynamische Untersuchung zum Koppelprozess zweier Flügel

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Grund
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511042382

In den letzten Jahren gibt es Bestrebungen unbemannte Flugzeuge mit sehr langer Flugdauer als Pseudosatelliten in der Stratosphäre zu nutzen. Um eine möglichst lange Flugdauer von bis zu einem Jahr gewährleisten zu können, muss der Energieverbrauch sehr niedrig sein. Aus dieser Zielstellung ergeben sich sehr hohe Anforderungen an die Struktur und die Aerodynamik der Flugzeugkonfiguration. So sollte eine derartige Konfiguration möglichst leicht aber auch hochbelastbar sein. Auf der anderen Seite müssen diese Strukturen beim Flug auf Missionshöhe die Troposphäre mit starken atmosphärischen Störungen durchfliegen. Eine hocheffiziente aerodynamische Auslegung ist wiederum wichtig, um den Energieverbrauch möglichst klein zu halten, was zum Beispiel mit einer hohen Flügelstreckung, welche den induzierten Widerstand reduziert, erreicht werden kann. Ein Ansatz zur Lösung dieser Problemstellung ist der Einsatz mehrerer eigenstartfähiger Einzelflugzeuge, die in der Missionshöhe an den Flügelspitzen andocken und so ein Mehrkörperflugzeug mit sehr großer Streckung bilden. Ziel des Vorhabens ist es, diese komplexen strömungsmechanischen Vorgänge, welche bei einer Annäherung und Kopplung zweier Flügel auftreten, experimentell zu identifizieren und zu quantifizieren. Aufbauend auf den bisherigen Untersuchungen an einer generischen Flügelkonfiguration sowie ersten Untersuchungen an zwei Laminarprofilen werden in dem beantragten Vorhaben Laminarprofile mit integrierten Querrudern im Reynolds-Zahlbereich bis Re=500000 untersucht. Für die Windkanalversuche wird ein Modell bestehend aus zwei Einzelflügel entworfen und gebaut mit dem die unterschiedlichen Parametervariationen wie Anstellwinkel, Flügelabstand sowie Ankoppelweg durchgeführt werden können. Die Erfassung der aerodynamischen Kennwerte erfolgt mit einer 6-Komponetenwaage sowie statischen Druckbohrung an unterschiedlichen Flügelpositionen. Des Weiteren werden Strömungsfeldmessungen zur Untersuchung der Interaktion der entstehenden Flügelspitzenwirbel mittels eines TR-PIV-Systems durchgeführt, um ein besseres strömungsphysikalisches Verständnis der hoch instationären Prozesse zu erlangen.Die erzielten Ergebnisse sowie Erkenntnisse sollen Aufschluss über die auftretenden strömungsmechanischen Interaktionen der Flügelenden und deren Auswirkungen auf das Strömungsfeld sowie auf die Effektivität der Querruder geben. Des Weiteren sollen die Ergebnisse in eine Datenbank einfließen, welche genutzt werden kann, um Parameterkonfigurationen zu ermitteln in denen kleine Lastwechsel auftreten, welche gleichbedeutend mit geringen Steuerkräften sind. Diese Daten können dazu genutzt werden, um zum Beispiel Regler zur Fluglagestabilisierung bei Kopplungsvorgängen auszulegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen