Ganz neue, umweltfreundlichere Tragflächenbauformen

Das auf natürliche laminare Strömung (Natural Laminar Flow, NLF) setzende Tragflächenkonzept hat Leistungsverbesserungen für Flugzeuge zu bieten. Eine EU-Untersuchung trug zur Erweiterung des Reisegeschwindigkeitsbereichs von Flugzeugen bei, indem man eine adaptive Stoßkontrolle (Shock Control Bumps, SCB) entwickelte, mit welcher der Wellenwiderstand erheblich zu reduzieren ist.

Industrielle Technologien

Will man die ehrgeizigen Ziele der Luftfahrtindustrie in Bezug auf Flugzeugleistung und Effizienz erreichen, sind neue Bauformen erforderlich, um den Luftwiderstand zu reduzieren und den Wirkungsgrad zu verbessern. Dieses Versprechen verkörpert die NLF-Tragfläche, ungeachtet früherer und steilerer transsonischer Luftwiderstandsanstiege bei hohen Machzahlen. Mit dem SCB-Verfahren kann der Luftwiderstand im transsonischen Regime stark verringert werden, obgleich die besten Möglichkeiten der Gestaltung robuster Aufdickungen mit einem breiten Einsatzbereich bis hin zum Einsetzen von Flatterschwingungen (Buffeting) unbekannt waren. Das EU-finanzierte Projekt "Numerical and experimental shock control on laminar wing" (NEXTWING) nahm sich dieses Problems an. Die aus zwei Mitgliedern bestehende Partnerschaft zielte darauf ab, Designrichtlinien für SCB unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu schaffen. Sie setzten einen gemeinsamen rechnerischen und experimentellen Ansatz ein. Das Projekt lief drei Jahre bis zum Februar 2014. Die Teammitglieder untersuchten die Möglichkeiten der SCB hinsichtlich der Reduzierung des Luftwiderstands, die Wirkung von Buckeln bei Flatterschwingungen und stellten SCB-Entwurfsrichtlinien zusammen. Die Überprüfung beinhaltete die Grundlagen der Strömungsphysik, die beide Szenarien betreffen. Anhand eines typischen NLF-Flügels zeigten die Resultate die Möglichkeit der Gestaltung von SCB auf, welche Verbesserungen der aerodynamischen Effizienz gepfeilter Flügel bieten. Bei Dash-Bedingungen des berücksichtigten Tragflächenausschnitts wurde eine Verbesserung von 18 % erreicht, ohne dass Auswirkungen auf die Reiseleistung auftreten. Das Resultat erweitert die Flugcharakteristik eines vorgegebenen Tragflügeldesigns, das auf gepfeilte Flügel und finite Flügel anwendbar ist, die Teil einer vollständigen Flugzeugkonfiguration sind. Weitere Resultate zeigten, dass unter Flatterschwingungsbedingungen bestimmte SCB-Bauformen das Einsetzen des Buffeting verzögern. Im Allgemeinen jedoch galt, dass, wenn die Strömung abnimmt, die Einführung der Bumps dies weiter verschlimmert. Das Projekt ermittelte außerdem die Mechanismen, durch welche Shock Bumps Strömungswirbel erzeugen. In Kombination mit weiteren, detaillierteren Erkenntnissen konnten so Shock Control Bumps entworfen werden, die außerdem Strömungswirbel erzeugen, ohne die Grenzschicht zu beschädigen. Derartige Wirbel können zusätzliche Steuerungsvorteile, vergleichbar mit Wirbelgeneratoren, nach sich ziehen. Die Resultate von NEXTWING mündeten in einem verbesserten Verständnis der Tragflächenaerodynamik, was letztlich Verbesserungspotenziale in Effizienz und Leistung erschließt. Daher werden die Ergebnisse zur gesteigerten Nachhaltigkeit des Luftverkehrs beitragen.

Schlüsselbegriffe

Flügeldesigns, natürliche laminare Strömung, Flugzeuge, Stoßkontrolle, Luftwiderstandsenkung, Luftfahrt, Flugleistungen, NLF Flügel, Luft-Instabilitäten, Grenzschicht, Schlagkontrolle , Schüttelbedingungen, Strömungsphysik , aerodynamische Effizienz

Numerical and EXperimental shock conTrol on laminar Wing

Ganz neue, umweltfreundlichere Tragflächenbauformen

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