Spannweitige Eigenschaften der niederfrequenten Unstetigkeit turbulenter Ablöseblasen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Anne-Marie Schreyer; Professor Dr.-Ing. Julien Weiss
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564693884

Turbulente Ablöseblasen (TSBs) treten in zahlreichen Anwendungen wie Diffusoren, Lufteinlässen, Kompressor- und Turbinenschaufeln und überexpandierten Raketendüsen auf. Aufgrund der niederfrequenten Instationarität der Ablöseblasen – die bei einer Frequenz auftritt, die niedrig genug ist, um eine Struktur-Resonanzfrequenz zu treffen – haben Ablöseblasen sowohl auf das aerodynamische Verhalten als auch auf die strukturelle Integrität dieser Systeme negative Auswirkungen. Diese Instationarität tritt bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten gleichermaßen auf, mit auffallenden Ähnlichkeiten in Eigenschaften und Verhalten. Der zugrundeliegende physikalische Mechanismus ist höchstwahrscheinlich derselbe und der Ablöseblase inhärent; es wurden auch schon Fortschritte bei dessen Identifizierung erzielt. Die zugrundeliegende Physik ist dennoch nicht vollständig verstanden. Ein Grund dafür ist, dass die niederfrequente Instationarität in turbulenten Ablöseblasen (sowohl bei Unterschall- als auch bei Überschallkonfigurationen) bisher hauptsächlich entlang der Mittelebene dokumentiert wurde. Spannweitige Inhomogenitäten wurden größtenteils vernachlässigt. Es gibt jedoch starke Hinweise, dass die Dynamik der Ablöseblase eine spannweitige Periodizität aufweist: die niederfrequente Bewegung ist über eine spannweitige Wellenlänge kohärent. Die mögliche Existenz einer solchen spannweitigen Dynamik hat Konsequenzen für die Identifizierung zugrundeliegender Mechanismen. Für weitere Fortschritte beim Verständnis dieses einflussreichen Phänomens ist es daher notwendig, die spannweitigen Aspekte der Instationärität zu klären und diese bei der Identifizierung und Erklärung der dynamischen Mechanismen zu berücksichtigen. Aufgrund der starken Ähnlichkeiten des Phänomens bei Nieder- und Hochgeschwindigkeitsströmungen ist die gleichzeitige Untersuchung dieser Effekte in beiden Regimes grundlegend notwendig für ein umfassendes Verständnis. In diesem Projekt untersuchen wir zwei direkt vergleichbare Fälle von druckinduzierten TSBs im Unterschall- und Überschallregime experimentell. Die untersuchten Ablösegebiete sind in beiden Fällen breit genug für die Analyse spannweitiger Periodizitäten – und Ablöseblasen mit gleichen Seitenverhältnissen in beiden Strömungsregimes werden direkt verglichen. Auch der Einfluss des Blasen-Seitenverhältnisses wird analysiert. Wir erzeugen hochaufgelöste experimentelle Datensätze durch die gesamte Ablöseblase hindurch. Zwei Projektgruppen arbeiten eng vernetzt an der gemeinsamen Analyse der Daten mit statistischen, spektralen und modalen Methoden. Dieser Ansatz bietet eine einzigartige Gelegenheit zum Erlangen eines allgemeinen Verständnisses der niederfrequenten Instationärität, insbesondere angesichts der wenigen Daten, die derzeit verfügbar sind. Diese Forschung wird zahlreichen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Mobilität und Energietechnik zugutekommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen