Bewegungsinduzierte instationäre Luftkräfte bei wirbeldominierter Strömung

Wiggen, Stefan

An Flügeln mit mittleren bis hohen Pfeilungswinkeln entsteht bei höheren Anstellwinkeln wirbelbehaftete Strömung. Hierdurch wird zusätzlicher, nicht-linearer Auftrieb erzeugt. Die stationären und instationären aerodynamischen Lasten verändern sich signifikant, abhängig von der Variation von Parameter der Anströmung und des Modells z.B. dem Anstellwinkel. Mit einem Lambda-förmigen Flügel, welchem eine Nickschwingung aufgeprägt wurde, wurden im Transsonischen Windkanal Göttingen Messungen durchgeführt. Das Ziel war die Einflüsse und die Abhängigkeiten der instationären, aerodynamischen Lasten beim Auftreten wirbeldominierter Strömung für aeroelastische Zwecke zu untersuchen. Es wurden Drucksensoren, drucksensitive Farbe, Particle Image Velocimetry und ein optisches Deformationsmesssystem eingesetzt. Unterhalb der wirbeldominierten Strömung wiesen die instationären Druckantworten auf der Oberfläche hohe Beträge mit starker Nacheilung auf. Im Bereich ansteigenden Auftriebs, in Phase mit der Bewegung, geht Energie von der Strömung an die Bewegung über. Auf eine elastische Struktur hätte das einen destabilisierenden Einfluss. Auf Grund des charakteristischen Verlaufs von Wirbeln kann sich der Ort, an dem die Wirbelströmung beeinflusst wird, von dem Ort deutlich unterscheiden, an dem die hervorgerufenen Luftkräfte eine u.U. destabilisierende Wirkung haben.

At wings with moderate to high sweep angles, vortical flow is generated at higher angles of attack. This creates additional, non-linear lift. The steady and unsteady aerodynamic loads significantly vary depending on the variation of model and free-stream parameters e.g. the angle of attack. Measurements were performed in the Transonic Wind tunnel Göttingen with a pitching lambda wing to study the influences and dependencies of vortical flow on the unsteady aerodynamic loads for aeroelastic purposes. Pressure transducers, pressure sensitive paint, Particle Image Velocimetry and optical deformation measurement systems were applied. High magnitudes with large time lags of the surface pressure response are measured below the vortex dominated flow. In the areas of increasing lift, in phase with the motion, energy is transferred from the flow to the motion. On an elastic structure, this would have a destabilizing effect. Due to their particular character, the region where a vortex is generated and where it may destabilize the structure may strongly differ.

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Wiggen, Stefan: Bewegungsinduzierte instationäre Luftkräfte bei wirbeldominierter Strömung. 2016.

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