Hintergrund
Der viskose Widerstand ist für den Großteil des Gesamtwiderstands eines modernen Flugzeuges verantwortlich. Er hat einen deutlichen Einfluss auf den spezifischen Treibstoffverbrauch, die Umweltbelastung und die Lärmemission. Für schnelle und genaue Messungen der Wandschubspannung in Windkanaltests wird am Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des DLR ein berührungsloses bildgebendes Verfahren, die Global Interferometry Skin Friction (GISF) Technik, angewendet.
Das Messverfahren
Die Schwierigkeiten der Messungen der Wandschubspannung in Strömungen mit dünnen Grenzschichten mit herkömmlichen Methoden sind gut bekannt. Sie ergeben sich hauptsächlich durch die störende Beeinflussung der Strömung seitens der angewandten Messgeräte. Das GISF-Verfahren unterliegt derartigen Einschränkungen nicht, da es ein berührungsloses Verfahren ist. Das Messprinzip basiert auf der Ausdehnung eines dünnen Ölfilms auf der Testoberfläche durch die Wirkung der Wandschubspannung, die durch die Strömung erzeugt wird. Die zeitliche Ausdehnung des transparenten Ölfilms wird mittels optischer Interferometrie bestimmt, die dadurch zustande kommt, dass ein Teil des Lichts von der Testoberfläche und ein weiterer von der Ölfilmoberfläche reflektiert werden.
Für die optischen Messungen der Wandschubspannung wurde eine spezielle Softwareanwendung 3DGISF für die Bilderfassung, Bildverarbeitung, Schubspannungsberechnung und Datenausgabe entwickelt. Dank der integrierten 3D-Rekonstruktion lassen sich die Ergebnisse auf die CAD-Modelloberfläche rückprojizieren, so dass ein Vergleich mit komplementären CFD-Berechnungen erleichtert wird.
Ein Beispiel der mit GISF gemessenen Reibungsbeiwertverteilung am Doppelkeilmodell ist im Bild zu sehen. Besonders im Bereich der sekundären Strömungsablösung demonstrieren die Ergebnisse eine sehr gute örtliche Auflösung und eine hohe Empfindlichkeit dieser Technik.
Veröffentlichungen zum Thema