Der laminar-turbulente Übergang bei gepfeilten Flügeln neu untersucht
Der Turbulenzenübergang in Grenzschichten von gepfeilten Flügeln wurde in den letzten Jahren viel erforscht. Mehrere Experimente haben bereits die Bedeutung von DMSR-Elementen (verteilte Rauigkeit in Mikrogröße) hervorgehoben und gezeigt, dass sehr kleine Oberflächenfehler eine starke Wirkung auf die Übergangsstelle haben können. Die Bemühungen der Forscher, den Übergang mit diesen Elementen erfolgreich zu steuern, wurden durch geringe Unterschiede auf Ebene des Rauschens in den Windkanälen, die für aktuelle Experimente verwendet werden, vereitelt. EU-finanzierte Forscher des Projekts RODTRAC (Robustness of distributed micron-sized roughness-element for transition control) verwendeten numerische Modellierungstechniken und führten Windkanalversuche durch, um die Empfänglichkeit der Grenzschicht auf äußere Störungen wie Freistromturbulenzen und akustische Wellen zu testen. Die Empfänglichkeit ist der Mechanismus, durch den Freistromstörungen in die Grenzschicht eintreten und die Anfangsbedingungen für instabile Wellen bilden. Detaillierte numerische Simulationen ermöglichten eine sorgfältige Bewertung und Erklärung der Effekte von akustischen und vorticalen Störungen entweder in Verbindung oder separat. Die Simulationen wurden von Stabilitätsberechnungen und Empfänglichkeitsanalysen begleitet. Die Ergebnisse zeigten, dass stationäre Querstromwirbel unabhängig vom Freistromturbulenzniveau die dominanten Instabilitätsmechanismen bei vorhandenen MSR-Elementen sind. Darüber hinaus erregte die Wechselwirkung von akustischen Wellen und Rauhigkeitselemente instationäre Querstromwirbel. Experimente mit kontrollierten akustischen Störungen und Turbulenzen ergänzten die numerische Arbeit und wurden verwendet, um die Ergebnisse zu validieren. Bei turbulenzarmen Niveaus stabilisierten DMSR-Elemente die Grenzschichtströmung und verschoben den Übergang weiter stromabwärts. In solchen Fällen stellte sich heraus, dass akustische Felder in bestimmten Frequenzbereichen die Übergangsstelle weiter destabilisieren. Hochturbulenzgraden zeigten keine Verzögerung des laminar-turbulenten Übergangs. RODTRAC erweiterte das Wissen über die Interaktion von verschiedenen Quellen von Störungen beim Übergang in den Grenzschichten von gepfeilten Flügeln. Die Projektergebnisse und Erkenntnisse werden verwendet, um die Prognosen in Bezug auf die Leistung von Flugzeugen mit laminaren Flügeln zu verbessern, was das Design von modernen Flugzeugen erleichtert.
Schlüsselbegriffe
laminar-turbulenter Übergang, gepfeilte Flügel, verteilte Mikrorauheit, RODTRAC, Freistromturbulenz
