Freiflugexperimente zum Einfluss atmosphärischer Turbulenz auf Laminarprofile
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Atmosphärische Turbulenz macht sich im Flug als Störung der Anströmung bemerkbar. Solche Bedingungen können die Leistung von Laminarprofilen beeinträchtigen, deren Auslegungsziel, die Strömung möglichst lange laminar zu halten. In dieser Arbeit wird das Strömungsverhalten eines Laminarprofils im Gleitflug unter ruhigen und leicht bis moderat turbulenten Bedingungen untersucht. Eine umfangreiche Messplattform wurde in einen Motorsegler integriert, um Einblicke in die Strömungsprozesse an einem Laminarprofil unter Reisflugbedingungen zu gewinnen. Simultane Messungen der charakteristischen aerodynamischen Profilgrößen ermöglichen die Korrelation mit den Störungen in der Anströmung. Um ein besseres Verständnis für den Flug durch Turbulenz zu entwickeln, wird die Grenzschichttransition zunächst detailliert unter ruhigen Bedingungen untersucht. Dabei zeigen sich Unterschiede im Transitionsverhalten zwischen der Ober- und der Unterseite des Profils. Neue Erkenntnisse über die schwach nichtlineare Phase der Grenzschichttransition in einer störungsarmen Umgebung werden vorgestellt. Aufgrund der zufälligen Natur atmosphärischer Turbulenz erfolgt die Betrachtung der Ergebnisse moderat turbulenter Bedingungen als Fallstudien. Dies ermöglicht eine umfassende Untersuchung zeitabhängiger Randbedingungen, reibungsfreier Profileffekte und des Antwortverhaltens der Grenzschicht auf die turbulente Anregung. Die Interaktion all dieser Effekte wird ersichtlich. Die wichtige Rolle der Instationarität der Anströmung im Transitionsprozess der Profilgrenzschicht wird demonstriert. Auf der Profilunterseite werden starke, kurzfristige Fluktuationen der Transition entgegen der Hauptströmungsrichtung unter moderat turbulenten Bedingungen detektiert. Es zeigt sich, dass die Transition durch Tollmien-Schlichting Wellen eingeleitet wird. Daneben werden Anzeichen für eine frühzeitige Transition erfasst, die nur teilweise auf die instationären Veränderungen der Grenzschichtprofile zurückzuführen sind. Die experimentellen Ergebnisse werden ergänzt durch numerische Untersuchungen unter Verwendung instationärer Panel- und Grenzschichtmethoden, sowie der linearen Stabilitätstheorie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009) Development and Implementation of a Method for Linear Stability Analysis in Natural and Manipulated Boundary-Layer Flows. 58. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, DLRK-2009-1362, ISBN: 978-3-932182, Aachen, Germany
Reeh AD
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(2010) Linear Stability Analysis for Manipulated Boundary-Layer Flows using Plasma Actuators. Chapter in 7th IUTAM Symposium on Laminar-Turbulent Transition, IUTAM Bookseries, vol. 18, pp. 153-158, Springer, Berlin
Duchmann A, Reeh AD, Quadros R, Kriegseis J, Tropea C
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(2011) A new approach to aerodynamic performance of aircraft under turbulent atmospheric conditions. PhD thesis, TU Darmstadt
Weismüller M
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(2013) Flight Measurements under Turbulent Atmospheric Conditions. Chapter in Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, vol. 124, pp. 213-221, Springer, Berlin
Reeh AD, Weismüller M, Tropea C
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(2013) Free-Flight Investigation of Transition under Turbulent Conditions on a Laminar Wing Glove. 51st Aerospace Science Meeting, AI- AA-2013-0998, Grapevine, TX, USA
Reeh AD; Weismüller M; Tropea C
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(2014) Behavior of a NLF Airfoil in Flight through Atmospheric Turbulence. Proceedings of the 52nd AIAA Aerospace Sciences Meeting in National Harbor, MA., USA, AIAA-2014-1274
Reeh AD and Tropea C
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(2014) In-Flight Investigation of Transition under Turbulent Conditions on a Laminar Wing Glove. AIAA Journal, Vol. 52, No. 10, pp. 2176-2189
Reeh AD and Weismüller M and Tropea C
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(2014) Natural Laminar Flow Airfoil Behavior in Cruise Flight through Atmospheric Turbulence. PhD thesis, TU Darmstadt
Reeh AD
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(2015) Behaviour of a natural laminar flow aerofoil in flight through atmospheric turbulence. Journal of Fluid Mechanics, Volume 767 25 March 2015 , pp. 394-429
Reeh AD and Tropea C
