Aktive Strömungskontrolle bei Flugzeugen
Die Flugzeugindustrie verlässt sich sehr auf Windkanaltests mit Modellen und Bauteilen, um Zeit, Kosten und Risiko von Flugtests zu vermeiden oder zu minimieren. Synthetische Luftströme, erzeugt durch eine Membran oder ein Diaphragma, das sich auf und ab bewegt oder Luft ansaugt und bläst Luft, sind bei der Untersuchung der Aerodynamik von Flugzeugen unerlässlich. Herkömmliche Aktuatoren zur Erzeugung synthetischer Luftströme basieren auf einer piezoelektrischen Klappe an einer im Handel erhältlichen und für einfache Lautsprecher verwendeten Metallscheibe. Diese ist allerdings nicht sehr zuverlässig und es gibt keine Zustandsüberwachung. Mit dem EU-finanzierten Projekt VELOCIRAPTOR reagieren Wissenschaftler auf den Bedarf für eine effektive, effiziente und zuverlässige plug-and-play Aktuatoreinheit für synthetische Luftströme bei Windkanaltests. Sie wollten eine moderne und überlegene Alternative zu derzeitig genutzten Membranen bieten. Nach etwas mehr als einem Jahr lieferte VELOCIRAPTOR ein Array von 30 Luftstromaktuatoren in einem einzigen linearen System. Neben der höheren Leistungsdichte wird die integrierte Zustandsüberwachung Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöhen. Jeder Aktuator besteht aus einer kommerziell einfach erhältlichen piezoelektrischen Membran angebracht auf einer Messingplatte. Das Array-Modul wird im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt, wobei komplexere Geometrien mit weniger Teilen pro Modul und einer 75-prozentigen Reduktion der Durchlaufzeit unterstützt werden. Die Leistungsdichte steigert man durch eine gleichbleibende Spitzenstrahlaustrittsgeschwindigkeit bei halber nutzbarer Tiefe. Die in jedem Aktuator integrierten Sensoren ermöglichen eine Zustandsüberwachung in Echtzeit. Eine solche Überwachung soll künftige Zertifizierungsanforderungen für Strömungskontrollsysteme am Flugzeug selber erfüllen, um die Technologie für weitere Anwendungen nutzbar zu machen. Mit relativ einfachen Veränderungen der Konstruktion lieferte VELOCIRAPTOR eine innovative aktive Flusssteuerung (Aktuator-Array für synthetische Luftströme) mit integrierter Zustandsüberwachung. Diese für Windkanaltests geschaffene Technologie ist auch ein Kandidat für die Verwendung als aktive Strömungskontrolle an Flugzeugen. Der letztere Faktor ist für die Luftfahrtforschung von großer Bedeutung, um die aerodynamische Leistung zu verbessern und gleichzeitig Luftwiderstand, Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu verringern.
Schlüsselbegriffe
Windkanaltests, aktive Strömungskontrolle, Zustandsüberwachung, synthetische Luftstromerzeugung, plug-and-play, piezoelektrische Membran, Messingplatte, Sensoren
