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Powered, modular Wind-Tunnel model for low and high Reynolds tests

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Modulare Modelle ermöglichen flexible Windkanalversuche

Flugzeugkonstrukteurinnen und -konstrukteure sind an möglichst realistischen Windkanalversuchen interessiert. Ein neues Modell vereinfacht dieses Bestreben.

Verkehr und Mobilität
Industrielle Technologien

Die Flugzeugkonstruktion ist zeitaufwendig und teuer. Windkanalversuche machen hierbei mit die größten Kosten aus. Dies beinhaltet, ein Flugzeugmodell stationär zu halten und Luft darüber zu leiten, um die aerodynamische Leistung zu simulieren und zu bewerten. Da die Modelle jedoch stationär sind, berücksichtigen solche Versuche nur selten die Auswirkungen des Turbinen- oder Propellerluftstroms. Außerdem sind Versuchsmodelle generell unbeweglich, sodass Simulationen die Wirkung von Steueroberflächen außer Acht lassen. Fachleute in der Versuchskonstruktion benötigen Modelle, bei denen sich solche Oberflächen während Versuchen so wie bei einem realen Flugzeug ferngesteuert bewegen lassen.

Modulare Modelle

Das EU-finanzierte Projekt POLITE entwickelte die Kapazität zur Herstellung eines solchen Modells. Aufbauend auf den zwei vorhergehenden EU-finanzierten Projekten ESICAPIA und LOSITA entwickelte POLITE ein modulares Modell, das viele Teile beinhaltet, die gemeinsam in verschiedenen Kanälen verwendet werden können. Die Hauptziele waren die Verbesserung der Kosteneffizienz bei der Entwicklung von Windkanalmodellen durch die Maximierung der Verwendbarkeit solcher Komponenten und die Optimierung der Versuchsproduktivität durch die Entwicklung neuer Technologien für stärker automatisierte Versuche. Im Zuge von POLITE wurde eine neue ferngesteuerte motorisierte Klappe getestet. POLITE war Teil des EU-Programms Clean Sky 2. „Ein Windkanalversuch, der vollständig repräsentativ sein soll, muss so nah wie möglich an den Durchflussbedingungen durchgeführt werden, mit denen fliegende Flugzeuge konfrontiert sind“, erklärt Nicola Paletta, Forschungs- und Technologiebeauftragter sowie Projektkoordinator bei IBK. „Um dies mit einem maßstäblichen Modell zu ermöglichen, ist ein Versuch in kryogenen oder unter Druck stehenden Umgebungen erforderlich.“ Diese speziellen Anlagen sind sehr kostspielig, sodass solche Versuche auf wenige Durchflussbedingungen und Modellkonfigurationen beschränkt sind. Obwohl manche Modelle zwar mitunter in verschiedenen Windkanälen getestet werden, ist dies selten bei Modellen mit Triebwerken möglich.

Mehrere Versuchsarten

Für wirklich umfassende Versuche ist eine Prüfung unter mehreren Durchflussbedingungen erforderlich. Normalerweise setzt dies mehrere Modelle voraus. „Unsere zentrale Optimierung“, merkt Paletta an, „ist die Möglichkeit, denselben Windkanal für zwei sehr unterschiedliche Kampagnen zu nutzen, eine bei geringer und eine andere bei hoher Reynolds-Zahl.“ Die Reynolds-Zahl (Re) ist ein Parameter, der in der Strömungsmechanik verwendet wird, um die Bedeutung von Trägheitseffekten im Vergleich zu viskosen Effekten zu messen. Das POLITE-Modell ermöglicht die Verwendung eines Modells für Versuche bei geringer Re-Zahl in einem großen, nicht unter Druck stehenden Windkanal und Versuche bei hoher Re-Zahl in einem anderen, unter Druck stehenden Windkanal. Die Modularität des POLITE-Modells bedeutet, dass über 70 % der Teile für beide Arten von Versuchen verwendet werden können, sodass Kosten gespart werden. Dies ebnet den Weg für eine neue Konstruktionsmethodik, die günstiger und effizienter als bestehende Methoden ist. Zudem führte POLITE zu innovativen Technologien,mit denen die Produktivität von Windkanalversuchen mittels ferngesteuerter Hochauftriebsvorrichtungen verbessert werden kann, um verschiedene Technologie-Reifegrade zu erreichen. Das Team stellte verschiedene Prototypen von ferngesteuerten Klappen mit verschiedenen Konfigurationen (Einzel- und Doppelspalt) her, die im Labor mit einem Ansatz zunehmender Komplexität geprüft wurden, darunter der finale Demonstrator der Einzelspaltklappe, die in dem betreffenden Windkanal installiert ist. Die Mitglieder des POLITE-Konsortiums nutzen die während des Projekts erworbenen Fähigkeiten und Verfahren bereits für die Entwicklung neuer Windkanalmodelle. Die einzelnen Partner profitieren kommerziell von der erhöhten Sichtbarkeit und verbesserten Kapazität, die mithilfe des Projekts entwickelt und weitervermittelt werden konnten. Das Projekt wird letztlich die Entwicklung von Methoden zur Steigerung der aerodynamischen Leistung und Effizienz unterstützen. Das Ergebnis ist ein effizienteres und umweltschonenderes Flugzeug.

Schlüsselbegriffe

POLITE, Modell, Windkanal, Flugzeug, Windkanalversuche, Modularität, Reynolds-Zahl, Luftstrom

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