Instationäre Aerodynamik von Tragflügeln bei kleinen Reynoldszahlen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Robert Konrath; Professor Dr.-Ing. Rolf Radespiel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 157369417

Die Aerodynamik von kleinen Flugobjekten (Spannweite ( 15 cm; Fluggeschwindigkeit ( 15 m/s) unterscheidet sich wesentlich von der konventioneller Flugzeuge. Infolge der geringen Dimensionen und kleinen Fluggeschwindigkeiten operieren die sogenannten „Micro Air Vehicle“ (MAV) im Bereich kleiner Reynolds-Zahlen (Re < 100 000). Kennzeichnend für solche Strömungen ist ein deutlicher Abfall der aerodynamischen Leistungen. Hinzu kommt, dass die Tragflächen von MAV’s häufig sehr kompakt ausgeführt werden müssen, wodurch dreidimensionale Strömungseffekte verstärkt zu einem nichtlinearen Verhalten führen. Instationäre Strömungen treten beim Fliegen mit kleinen Geschwindigkeiten in der bewegten Atmosphäre auf. Darüber hinaus muss die Phänomenologie der Strömungen am bewegten Tragflügel mäßiger Streckung verstanden sein, wenn für den Antrieb von MAVs aus operationellen Gründen oder wegen höherer Effizienz der Schlagflug gewählt wird. Für das nichtlineare, instationäre Verhalten von Tragflügeln mäßiger Streckung bei kleinen Reynoldszahlen liegen jedoch kaum fundierte wissenschaftliche Kenntnisse vor. In diesem Forschungsvorhaben sollen experimentelle und numerische Untersuchungen an dynamisch bewegten Tragflächen durchgeführt werden. Verschiedene 3d-Tragflächenmodelle mit unterschiedlichen Grundformen und Streckungsverhältnissen werden bei definierten Hub- und Nickbewegungen systematisch untersucht. Die Experimente umfassen dynamische Kraftmessungen, die eine Beschreibung des Leistungsverhaltens der Tragflächen erlauben werden, sowie die Anwendung moderner optischer Strömungsmessverfahren zur Erfassung der komplexen instationären Strömungsfelder. Hiermit wird eine umfangreiche Datenbasis für die Analyse und auch für eine Validierung von Strömungssimulationen zur Verfügung stehen. Gleichzeitig sollen numerische Verfahren erprobt werden, die die Simulation solcher Strömungen mit hinreichender Genauigkeit erlauben. Die erlangten Erkenntnisse werden Grundlage für neue Ansätze zur aerodynamischen Auslegung kleinskaliger Flugobjekte sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen