Aerodynamik
Abgeschlossene Projekte
Triebwerks-/Flügel Wechselwirkungen
Es wurden erfolgreiche Messungen von Triebwerks-/Flügel-Wechselwirkungen im Niedergeschwindigkeitswindkanal (Low Speed Wind Tunnel - LSWT) von EADS Airbus in Bremen durchgeführt. Wir vergleichen die Ergebnisse von 5-Loch-Drucksonden mit denen der LDV-Messungen.
Einleitung
Das größte Interesse von Flugzeugherstellern konzentriert sich auf die Reduktion des Luftwiderstands, um somit einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu realisieren. Weitere Aspekte sind die Optimierung von Auftriebshilfen für einen steil nach oben gerichteten Start und eine langsame Landung ebenso wie die Reduktion von Wirbeln während des Starts für höhere Startfrequenzen im Luftverkehr. Um diese Ziele zu erreichen, untersuchen Industrie- und Forschungsinstitute weitgehend die Laminarisierung der Grenzschicht der Flugzeugoberflächen. Eine weitere Möglichkeit für die Reduktion des Luftwiderstands bei Verkehrsflugzeugen sind jene Zonen eines Flugzeuges, an denen unterschiedliche Bauteile zusammengeführt werden. Eine solche Zone bilden die Bauteile Flügel/Triebwerk.
Versuchsaufbau und Messtechniken
Die Experimente wurden im Niedergeschwindigkeitswindkanal (LSWT) durchgeführt, der mit einer Messkammer von 2.1 x 2.1m2 ausgestattet ist und eine Messlänge von 4.3m hat (Abb. 1). Die maximal erreichbare Strömungsgeschwindigkeit beträgt ungefähr 70m/s und der Durchschnittswert des Turbulenzgrades liegt bei circa 2%. Die technischen Kennwerte des Niedergeschwindigkeitswindkanals (LSWT) sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Abbildung 2 zeigt das eingesetzte Windkanal-Halbmodell eines Megaliner mit einer Halbspannweite von 1.26m. Der Anstellwinkel für die mittlere Profildicke wurde auf 8° festgelegt.
Die Geschwindigkeiten wurden sowohl mittels 5-Loch-Drucksonden als auch mit einem Zwei-Komponenten-LDV der Firma DANTEC gemessen. Als Lichtquelle für die Laser-Doppler-Anemometrie wurde ein Argon-Ionen-Laser mit einer Leistung von 5W benutzt. Das Zwei-Komponenten-System nutzte sowohl den blauen als auch den grünen Laser. Die Signalanalyse wurde mittels zwei DANTEC BSAs erstellt, welche nach dem Überlagerungsprinzip angetrieben wurden, um die zwei Geschwindigkeitskomponenten gleichzeitig zu erhalten. Es wurde ein Zeitfenster von 50ms benutzt, um die sich nicht überlagernden Signale zu filtern. Um automatische Messungen des Strömungsfeldes zu ermöglichen, war die Laseroptiksonde an einem 3D-Computergesteuerten-Positioniersystem befestigt (Abbildung 3).
Für die LDV-Messungen wurde ein Seeding System bestehend aus einem Aerosolgenerator und einem beweglichen Rechen, wie in Abbildung 4 dargestellt, benutzt. Der durchschnittliche Durchmesser dieser Partikel betrug dp >> 1µm. Der mit dem Aerosolgenerator verbundene Rechen induziert Partikel in den Kanal und verteilt sie über einen Querschnitt von ungefähr 0.5m. Auf diese Art und Weise wird die Luftströmung lokal um das Megaliner-Halbmodell im Bereich von Flügel/Triebwerk verteilt.
Ergebnisse
Triebwerksimulationen in Windkanaltests wurden erfolgreich im Hochgeschwindigkeitsbereich ebenso wie im Niedergeschwindigkeitsbereich unter Anwendung der turbogetriebenen Simulatorentechnik (Turbo-Powered Simulator - TPS)vorgeführt. Die folgenden Messungen der Triebwerks-/Flügel-Wechselwirkungen wurden mittels eines 3.45" TPS (TDI 1079) durchgeführt. Die Lage der Messebenen (- 1.0 £ x/D £ 3.5) ist in Abbildung 5 schematisch dargestellt. Die Jetentwicklung anhand von gemessenen Geschwindigkeitsprofilen mittels der TPS für n = 64.000 rev/min ist in Abbildung 6 und 7 dargestellt. Abbildung 6 zeigt die Ergebnisse der 5-Loch-Drucksonden wohingegen in Abbildung 7 die Ergebnisse der LDV-Messungen dargestellt sind. Die Ergebnisse sind in diesen Diagrammen als eine Funktion zusammengefasst, die die Lage der verschiedenen Messebenen zeigt (0.1 £ x/D £ 3.5). In dieser Abbildung sind die Position von Flügel und Triebwerk als gestrichelte Linie dargestellt.
Wie in Abbildung 6 zu erkennen, sind die Ergebnisse der Messungen der 5-Loch-Drucksonden auf den Bereich außerhalb des zentralen Fan Jets begrenzt. Die turboangetriebene Simulatorentechnik (TPS) erzeugt einen Fan Jet der aufgrund von stark komprimierter Luft kalt ist. Das führt zu einem Vereisungseffekt auf der empfindlichen Sonde. Zusätzlich zu den Vereisungseffekten sind Drucksonden auch bezüglich ihres örtlichen Auflösungsvermögen beschränkt (Durchmesser der Sonde: 3mm) Das führt zu Unsicherheiten bei den gemessenen Geschwindigkeiten besonders in dem Bereich hoher Geschwindigkeiten zwischen der Außenströmung und den Jetströmungen.
Im Gegensatz zu den Messungen der 5-Loch-Drucksonden war es mit der LDV-Technik möglich, dass gesamte Geschwindigkeitsprofil zu ermitteln, einschließlich des zentralen Fans wie man in Abbildung 7 sehen kann.
