Hintergrund
Bei transsonischen Umströmungen kommt es in Abhängigkeit vom Anstellwinkel und der Anströmmachzahl zur Ausbildung lokaler Überschallgebiete auf dem Flugzeugtragflügel, die mit einem Verdichtungsstoß abgeschlossen werden. Bei dem Aufeinandertreffen von starken Verdichtungsstößen und Grenzschichten sind Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen zu beobachten. Dies führt zur Grenzschichtaufdickung und in Abhängigkeit von der Stoßstärke auch zu stoßinduzierter Ablösung der Grenzschicht, was wiederum in unerwünschte Stoßschwingungen („buffet“) münden kann. Insgesamt führen die Ausbildung eines Verdichtungsstoßes sowie die Wechselwirkung des Stoßes mit der Grenzschicht zum Anstieg des Gesamtwiderstandes durch Zunahme des Reibungswiderstandes und Entstehung des Wellenwiderstandes. Die transsonische Wechselwirkung findet in der Regel bei Vorstoßmachzahlen zwischen Ma=1.1 und Ma=1.5 statt und ist typisch für transsonische Verkehrsflugzeuge mit einer Reiseflugmachzahl zwischen Ma=0.7 und Ma=0.85. Das Ziel der Strömungssteuerung mittels Wirbelgeneratoren (WG) liegt hier primär in der Reduktion des durch den senkrechten Verdichtungsstoß hervorgerufenen Wellenwiderstandsanteils und in der Vermeidung unerwünschter Ablösung und Stoßschwingungen.
Das Messverfahren
Wirbelgeneratoren werden typischerweise in Stoßnähe auf der Profiloberseite positioniert. Eine im Nachlauf der Wirbelgeneratoren entstehende spiralige Strömung sorgt durch Umlenkung von energiereicher Außenströmung zur Wand hin und Abtransport der verzögerten, energiearmen, wandnahen Strömung nach außen für eine Energetisierung der Grenzschichtströmung. Dadurch können die Fülligkeit des Grenzschichtprofils erhöht und die Neigung der Grenzschicht zur Ablösung reduziert werden.
Es wurden experimentelle und numerische Parameterstudien mit einzelnen Wirbelgeneratoren und Wirbelgeneratoranordnungen in Bezug auf eine starke Stoß-Grenzschicht Wechselwirkung durchgeführt. Dabei wurden die Auswirkungen der Wirbel, insbesondere die Auswirkungen ihrer Wechselwirkungen untereinander, auf das Grenzschichtverhalten, den Stoß und insgesamt auf die aerodynamische Leistung des betrachteten Profils untersucht. Dazu wurden sowohl Windkanalversuche an einem einfachen Modell einer ebenen Platte (Abb. 1) sowie an einem superkritischen transsonischen Profil (Abb. 2), als auch komplexe numerische Parame-teruntersuchungen anhand eines Profils in freier Anströmung (Abb. 3) durchgeführt.
Veröffentlichungen zum Thema