Vorhersage der laminaren Strömung für Rotorblätter
Die physikalischen Abläufe beim Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung sind für starre Flügel viel besser charakterisiert als für Rotorblätter. Im letzteren Fall müssen auch Rotation und zyklisches Stampfen berücksichtigt werden. Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts LAMBLADE entwickelten theoretische und numerische Tools zur Berechnung von Parametern laminarer Grundströmung unter unsicheren Bedingungen und zur Vorhersage des Übergangs. Der Code berücksichtigt dabei drei Komponenten der externen Geschwindigkeitsverteilung auf der Rotorblattoberfläche aus einem reibungsfreien (unter Vernachlässigung von Viskositätseffekten) Strömungslöser. Bei der Entwicklung der numerischen Werkzeuge zur Berechnung der Hauptgrenzschichten für unregelmäßige Strömungsverhältnisse gab es zwei zentrale Herausforderungen. Zum einen die Behandlung der Staupunkte, wo die lokale Strömungsgeschwindigkeit gleich Null ist. Die zweite war das Auftreten einer Trennung der Strömung oder der Grenzschicht von der Oberfläche, wobei eine Reihe von Wirbeln entsteht. Letzteres wird als Null-Reibung an der Oberfläche bezeichnet. LAMBLADE konnte diese Probleme lösen und eine numerische Lösung erarbeiten, die das Verhalten der instationären Grenzschicht sowohl für die 2D- als auch für die 2,5-D-Fälle beschreibt. Anschließend erfolgte die Vorhersage des Übergangs zur turbulenten Strömung. Die Übergangsanalyse konzentrierte sich auf die Anwendung der Strahlentheorie und des Mehrskalenansatzes. Dabei wird die Instabilitätsverstärkung eines einzelnen Strahls (Kennlinie) in Raum-Zeit mithilfe der unsicheren Grenzschichtberechnungen zusammen mit anderen Parametern berechnet. Um mehrere Strahlen zu berechnen, wird der Code mehrere Male durchlaufen, was zu einer effektiven und effizienten Übergangsvorhersage führt. Die Entwicklung dieser Codes zur Beschreibung des Grenzschichtverhaltens und des Übergangs zu einer turbulenten Strömung bei Rotorblättern hat wertvolle Erkenntnisse gebracht. Diese beispiellosen Tools werden bei der Gestaltung von laminaren Rotorblättern für Luftkissenfahrzeug besonders wichtig sein. Das Nachschleppen wird verringert, was zu weniger Lärmbelastung und Treibhausgasemissionen führt und so einen Beitrag für einen nachhaltigen und umweltfreundlicheren Verkehr leistet.
