Laminarflügeltest im Hochgeschwindigkeitswindkanal
Der vielversprechendste Weg zur einer substantiellen Reduzierung des Luftwiderstands liegt in der Entwicklung einer Flugzeugs mit verstärkter natürliche Laminarströmung (Natural Laminar Flow, NLF) an seiner Oberfläche. Ziel des Projekts NLF-WINGHIPER (NLF wing high speed performance test) war die Untersuchung der Auswirkung von Oberflächenfehlern auf Entstehung und Stabilität von Laminarströmungen. Die Forschenden griffen auf die Ressourcen des Europäischen Transsonischen Windkanals (European Transonic Windtunnel, ETW) zurück, um den Einfluss von Oberflächenfehlern wie etwa Stufen und Oberflächenwelligkeit auf die Flugzeugleistung zu untersuchen. In den Windkanaltests erreichte man Machzahlen von M=0,73 bis M=0,77 in Schrittweiten von 0,01 sowie Reynolds-Zahlen von 6, 9, 12 und 16 Millionen. Das Modell verfügte über ein separates Innendrucksteuerungssystem und eine Druckmessung zur lokalen Steuerung der Tragflächenform. Die Instrumentierung des Halbmodells umfasste konventionelle Druckmessstellen auf beiden Seiten der Tragfläche und am Halbrumpf mit temperaturempfindlichem Anstrich (Temperature Sensitive Paint, TSP) beschichteten Flügelflächen sowie eine 6-Komponenten-Waage, Beschleunigungsmesser und Marker zur optischen Tragflächendeformationsmessung. Bei einer Reihe verschiedener Auftriebskraftwerte wurden TSP-Bilder aufgenommen, die eine etwaige Korrektur der von der Waage erfassten Luftwiderstandsdaten als Teil des Nachbearbeitungsverfahren gestatten. Spezielle Aufmerksamkeit widmete man einer geeigneten Oberflächenqualität des TSP, da bereits kleine Fehler die Ergebnisse beeinträchtigen können. Auf diese Weise wurde ein Vergleich der unter verschiedenen Oberflächenqualitätsbedingungen erzielten Leistungsergebnisse wie etwa der winzigen Übergangsbänder in unterschiedlichen Profiltiefepositionen möglich. Man stellte überdies eine Plattform zur Korrektur des Luftwiderstands aufgrund zufällig auftretender Turbulenzkeile zur Verfügung. Vor und nach jedem Prüfblock inspizierte man insbesondere im Bereich der Anströmkante die Oberflächenqualität. Am echten Flugzeug sind Stufen, Welligkeit (entweder noch aus der Fertigung oder durch Verformung unter der Beanspruchung im Flugbetrieb), dreidimensionale Störungen (durch Insekten oder Nietköpfe) und Rauheit an der Anströmkante (entweder herstellungsbedingt oder durch Erosion unter Einsatzbedingungen) als eine Herausforderung an die Konstruktion zu sehen. Zum Ende der Tests lagen erheblich bessere Kenntnisse über die Empfindlichkeit der Entwicklung von Laminarströmungen über Tragflächen gegenüber Unvollkommenheiten der lokalen Form vor. Die Resultate werden eine Spezifizierung von Fertigungstoleranzen und Oberflächengüten für reale Flugzeug gestatten.
Schlüsselbegriffe
Tragflächen, Flügel, Windkanaltests, Luftfahrzeug, Flugzeug, Hochgeschwindigkeits-, Natural Laminar Flow, natürliche Laminarströmung, NLF-WINGHIPER, temperaturempfindlicher Anstrich, Oberflächenbehandlung