Particle Image Velocimetry im Freiflugversuch

Abteilung Experimentelle Verfahren

Particle Image Velocimetry gehört zu den etablierten und fortschrittlichen Verfahren zur Untersuchung von vielfältigen Strömungsphänomenen. Die Integration eines PIV–Systems innerhalb eines Flugzeuges zur Erfassung von Strömungsfeldern im Freiflug stellt eine große Herausforderung dar. Die dadurch ermittelten aerodynamischen Parameter können Grundlage für die Evaluierung von numerischen Simulationen und Windkanalexperimenten sein.

Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes AIM (Advanced In-flight Measurement Techniques) wurden eine Reihe von Testflügen vom Flughafen Braunschweig-Wolfsburg aus durchgeführt. In einer Dornier Do 228 wurde dazu ein Klasse 4 – Lasersystem sowie Messrechner und zwei CCD-Kameras installiert. Als Streupartikel wurden Wolkentropfen gewählt, die ausreichend gute Signale lieferten. Während der Flugversuche wurden gezielt die Flugzeugparameter wie Klappenstellung, Fluggeschwindigkeit und Höhe bzw. Wolkenschicht variiert und das dabei auftretende Strömungsfeld im rumpfnahen Bereich mittels PIV aufgenommen. Das Sichtfeld der stereoskopisch angeordneten PIV–Kameras hatte eine Größe von 68 x 90 mm² und erlaubte die Untersuchung der Rumpfgrenzschicht hinter dem Tragflügel. Die PIV–Daten wiesen auf ein stark gestörtes Strömungsfeld hin, welches durch den Propeller, die ausgebildete Rumpfgrenzschicht und den Klappennachlauf beeinflusst wurde.

 Der Versuchsträger Do228-101 mit Strahlengang des Lasers und beispielhafte PIV–Ergebnisse
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Diese Flugversuchskampagne diente als eine erste Machbarkeitsstudie zur Untersuchung der Anwendbarkeit von PIV in Freiflugversuchen. In diesem Zusammenhang sind besonders die Möglichkeiten zur nichtinvasiven Bestimmung von Strömungsparametern sowie die hohe räumliche Auflösung von großem Vorteil. Diese Eigenschaften ermöglichen die effektive Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern während häufig kostspieliger Flugversuche, wo die Anwendung von extern angebrachten Sonden oder Sensoren nur punktuelle Informationen zum Druck- oder Strömungsfeld liefern kann. In zukünftigen Flugversuchen werden weitere Fragestellungen in Hinblick auf die Optimierung von PIV zur Anwendung im Freiflug untersucht werden. Besonders die Problemstellungen in Hinblick auf die Zulassung und Integration eines Lasersystems bedürfen noch eingehender Analysen.


Kontakt
Christina Politz
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Experimentelle Verfahren
E-Mail: Christina.Politz@dlr.de
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