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Aeroelastisches Windkanalexperiment

Die Aeroelastik untersucht die Wechselwirkung elastischer Strukturen mit ihrer Umströmung. Sie kann nicht nur im Zusammenhang mit

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Luftfahrzeugen, sondern auch beim Entwurf großer Bauwerke ein bestimmender Faktor sein. In all diesen Bereichen kann die Wechselwirkung zwischen den aerodynamischen und strukturellen Kräften zu komplizierten statischen und dynamischen Phänomenen wie dem gefürchteten Flattern führen.

Die Gruppe "Aeroelastisches Windkanalexperiment" ist befasst mit der Planung, Durchführung und Analyse aufwändiger Experimente in Windkanälen mit dem Ziel, die Strömungs-Struktur-Wechselwirkung in aerodynamischen Grenzbereichen bei hohen schallnahen Geschwindigkeiten und/oder abgelösten Strömungen zu untersuchen. Die erarbeiteten Messergebnisse liefern neben Validierungsdaten auch physikalisch begründete Hinweise auf die problemangepasste Modellierung der beobachteten Phänomene.
Ein Beispiel sind die Experimente im Projekt „Aerostabil“, in denen das physikalische Verständnis des transsonischen Flatterns, insbesondere der nichtlinearen Effekte, erweitert wurde. Auch die Interaktion von Flügel und Triebwerksgondel war Gegenstand umfangreicher experimenteller Untersuchungen genauso wie die dynamische Ablösung (Dynamic Stall) an Hubschauber-Rotoren.
Ziel ist immer auch, aus dem so gewonnen physikalischen Verständnis innovative technische Lösungen abzuleiten. Einige Arbeiten mündeten bereits in erfolgreiche Patentanmeldungen.
Viele unserer Projekte werden in international kooperierenden Teams bearbeitet.
Neben der wissenschaftlichen Arbeit befasst sich die Gruppe mit der Entwicklung piezoelektrischer Waagen und dem Einsatz innovativer optischer Messtechniken.

Die Gruppe verfügt über drei modulare Versuchsaufbauten für aeroelastische Experimente in Windkanälen, die den Einsatzbereich von niedrigen Anströmgeschwindigkeiten bis hin zur Schallgeschwindigkeit abdecken.  Der erste Aufbau ist für Flatterexperimente an 2-D-Profilmodellen ausgelegt. Die Modelle sind beidseitig symmetrisch und elastisch in den zwei Freiheitsgraden Schlag und Torsion aufgehängt. Unter anderem lassen sich Messungen im Zustand des Flatterns oder das Testen von Flatterkontrollgesetzen oder mechanischer Dämpfungssysteme durchführen.
Mit dem zweiten Aufbau können die aerodynamischen Effekte bei zwangserregten Nickschwingungen eines Windkanalmodells untersucht werden. Auch hier handelt es sich um eine symmetrische Anordnung mit einem beidseitigen hydraulischen Antrieb. Dieser Aufbau wurde unter anderem erfolgreich für die Untersuchung eines Segments eines Hubschrauberrotorblatts eingesetzt, das zur Kontrolle des ‚Dynamic Stall’ mit einer piezoelektrisch angetriebenen Servoklappe ausgerüstet war.
Der dritte Aufbau erlaubt zwangserregte Nickschwingungen von 3-D-Halbmodellen. Sind die strukturellen Modelleigenschaften entsprechend ausgelegt, können darin auch Flattermessungen durchgeführt werden.

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Die Gruppe verfügt über ein Datenerfassungssystem mit 640 Kanälen, das eine simultane Aufnahme der Messdaten bis zu einer Frequenz von 200kHz pro Kanal mit 24 Bit Auflösung erlaubt. Ferner kann zeitsynchronisiert der Bewegungs- und Verformungszustand eines Modells aufgezeichnet werden.
Die Gruppe ist darauf spezialisiert, komplexe aeroelastische, gegebenenfalls auch elastisch skalierte Windkanalmodelle auszulegen, zu bauen und mit der entsprechenden Sensorik auszurüsten.