Experimentelle Analyse von Stoßschwingungen bei der Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung in schallnaher Anströmung unter Einbringung künstlich erzeugter Schallwellen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Michael Klaas
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348033788

Selbst erhaltende Stoßschwingungen, die ohne Fremdeinwirkung bei der transsonischen Umströmung von Tragflügelprofilen entstehen können, sind ein aerodynamisches Phänomen, dessen strömungsphysikalische Ursachen weitestgehend ungeklärt sind. Die ursprünglich stationäre Strömung um das Flügelprofil gerät in einen instationären Zustand und induziert sowohl eine instationäre Änderung des Widerstandes als auch des Auftriebs. Dieses Phänomen wird als Buffet bezeichnet und generiert für die Flugstabilität einen der kritischsten Lastzustände. Im Hinblick auf eine immer wichtiger werdende virtuelle Flugerprobung und zunehmende Gewichtsoptimierung der tragenden Strukturen, die durch den Leichtbau erreicht werden soll, muss eine bessere Vorhersagbarkeit der Störungen im Strömungsfeld, die das Auftreten des Buffet hervorrufen, erreicht werden. In der Literatur existieren jedoch verschiedene, sich zum Teil wiedersprechende Theorien hinsichtlich der Mechanismen, die zu Buffet führen. Das übergeordnete Ziel dieses experimentell durchgeführten Vorhabens ist es daher, den Ursprung der Einleitung des Buffet und den Mechanismus zur Aufrechterhaltung des Buffet zu ermitteln. Im Vordergrund steht die Hypothese, dass der an der Hinterkante des Profils generierte Schall einerseits die Ursache für die Einleitung des Buffet und andererseits die Quelle für die Anfachung und den Erhalt der Stoßschwingungen darstellt. Hierzu soll das transsonische Strömungsfeld um ein superkritisches, zweidimensionales Tragflügelprofil mittels tomographischer Particle-Image Velocimetry sowie zeitaufgelöster Druckerfassung analysiert werden, um die Bedeutung der Schallwellen und des Wechselwirkungsmechanismus zwischen Stoßlage, Grenzschicht, freier Scherschicht und akustischem Feld detailliert zu untersuchen. Schallwellen mit definierten Eigenschaften sollen künstlich in das transsonische Strömungsfeld eines Tragflügelmodells eingebracht und das an der Hinterkante generierte Schallfeld durch Einführung einer porösen Hinterkante verändert werden. Es wird davon ausgegangen, dass das durch die poröse Hinterkante modifizierte Schallfeld anders als das Schallfeld der nicht-porösen Hinterkante kein Buffet hervorruft. Es soll die Hypothese geprüft werden, dass durch die anschließende künstliche Einleitung des Schallfeldes der Buffetmechanismus wiederum angeregt werden kann. Durch die Analyse der beiden Hinterkantenvariationen kann die Bedeutung der von der Hinterkante ausgehenden akustischen Störung für das Entstehen von Buffet geklärt werden. Diese grundlegenden Untersuchungen haben somit den Nachweis der Notwendigkeit der Entwicklung schallarmer Hinterkanten nicht nur für den Hochauftrieb, sondern auch in transsonischer Strömung zum Ziel.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder