A3 - Stand der Forschungen im August 2013

 

Im Teilprojekts A3 ist der Aufbau einer experimentellen Abbildung 1 Datenbasis zum Überziehverhalten des 2-Element-Hochauftriebsprofils der Konfiguration DLR F-15 (siehe Abb. 1) das Ziel. Die Datenbasis soll, ausgehend vom Überziehverhalten des Profils bei ungestörter Anströmung, den Einfluss von generischen Störungen auf das Überziehverhalten beleuchten. Hierfür werden im ersten Schritt definierte Einzelstörungen in Form von zweidimensionalen Querwirbeln durch ein in diesem Projekt entwickeltes Böengeneratorsystem reproduzierbar stromauf des Profils erzeugt. In einem zweiten Schritt wird diesen Querwirbeln ein Längswirbel überlagert und so dreidimensionale Störungen generiert. Die Messergebnisse ihrerseits bilden die Grundlage der Validierung der durch Teilprojekt A1 durchgeführten numerischen Berechnungen. Der Modellversuch musste dabei von Grund auf aufgebaut werden.

Während der zurückliegenden Projektlaufzeit ist das DLR F-15 Hochauftriebsprofil in CFK-Bauweise hergestellt, dessen Überziehverhalten bei ungestörter Anströmung in leerer Messstrecke untersucht und sinnvolle  Abbildung 2Konfigurationen für die das Überziehverhalten beeinflussenden Elemente wie die spannweitigen, geschwungenen Klappnasen (smooth droop-noses) an den Tragflügelrändern und die Fixierung des Klappenspalts durch Flaptracks gefunden worden. Des Weiteren ist das Böengeneratorsystem geplant, konstruiert und die Erzeugung von definierten Querwirbeln durch dieses in der leeren Messstrecke validiert worden. Das Böengeneratorsystem besteht aus einem symmetrischen NACA 0021 CFK Profil, das, angetrieben durch 4 Linearmotoren, aus dem Stand ruckartig um Winkel von 10° gedreht wird (siehe Abb. 2). Durch die sich ändernde Zirkulation des NACA Profils entstehen Start- bzw. Stopp-Wirbel, die in ihrer Größe durch die Drehrate definierbar und in ihrer Stärke vom Drehwinkel abhängig sind. Die Auslegung des Antriebssystems ist so gewählt, dass es höchsten Ansprüchen an Dynamik, Präzision und Synchronität entspricht. Die gewonnenen Ergebnisse sind in zahlreichen Veröffentlichungen dokumentiert.

Die jüngsten Ergebnisse betreffen die Interaktion des DLR F-15 Hochauftriebsprofils mit den erzeugten Querwirbeln (Ausdehnung einer DLR F-15 Profiltiefe und induzierte Strömungswinkel von ± 5°) und deren Einfluss auf das Überziehverhalten des Profils. Zahlreiche Messtechniken wurden im Zuge der vergangenen Windkanal-Messkampagnen eingesetzt, um den Einfluss der Querwirbel zu beleuchten und eine breite Datenbasis zur Validierung der numerischen Rechnungen zu etablieren. Durch den Einsatz von Particle Image Velocimetry nahe der Profilvorder- und Profilhinterkante konnte unter anderem das Feld des Abbildung 3 Geschwindigkeitsvektors in diesen Messbereichen zu verschiedenen phasenstarren Zeitpunkten gemessen werden (siehe Abb. 3 (a)). Die Änderung des Feldes durch die Querwirbel lässt sich detektieren und so die Position der Querwirbel zu den verschiedenen Zeitpunkten feststellen. Gleichzeitig wurde mit sensitiven Druckaufnehmern an verschiedenen Positionen entlang der Profiloberfläche die dynamische Veränderung des statischen Druckes aufgrund der Interaktion mit den Querwirbeln gemessen (siehe Abb. 3 (b)). Durch die Kombination beider, genannter Messtechniken kann festgestellt werden, dass der statische Druck an der Profilvorderkante die maximale Störung erfährt, wenn sich die Querwirbel rund eine halbe DLR F-15 Profiltiefe stromauf des Hochauftriebsprofils befinden. Diese Erkenntnis legt die Schlussfolgerung nahe, dass die Profilvorderkante sensitiv auf den von den Querwirbeln induzierten Anstellwinkel reagiert. Weiterhin zeigt sich, dass der statische Druck nahe der Profilhinterkante sensitiv auf die Druckänderung an der Profilvorderkante reagiert. Der Druckanstieg deutet auf ein temporär verkleinertes Ablösegebiet hin, das bei geringen Anstellwinkeln auf der Klappe vorherrscht.

Aktuell wird die Erweiterung des Böengeneratorsystems umgesetzt, die in den kommenden Untersuchungen durch die Überlagerung von Quer- und Längswirbel eine dreidimensionale Störung erzeugt.

 


aktualisiert: 28.10.2013
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