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Projekt
Turbulente Strukturen und dynamische Mechanismen beim Tragflügelbuffet und in der Wechselwirkung zwischen Tragflügelnachlauf und Höhenleitwerk
Antragstellerin
Dr.-Ing. Anne-Marie Schreyer
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406435057
Die schallnahe Umströmung moderner Transportflugzeuge an den Flugbereichsgrenzen ist durch eine komplexe Kopplung instationärer, aerodynamischer Phänomene am Tragflügel und am Höhenleitwerk geprägt. Auf der Saugseite transsonischer Tragflügel treten Überschallgebiete auf, die durch einen Verdichtungsstoß abgeschlossen werden, dessen Stärke mit Anstellwinkel und Flugmachzahl zunimmt und massive Ablösungen der Grenzschicht induzieren kann. Die Interaktion zwischen Stoß und Grenzschicht kann periodische, selbsterhaltende Stoßoszillationen (Buffet) erzeugen, die die Tragflügelstruktur zu potentiell schädlichen Schwingungen anregen können (Buffeting), was die Lebensdauer und den nutzbaren Flugbereich limitiert. Die Instationaritäten des Tragflügelbuffet werden über dessen Nachlauf auf das Höhenleitwerk aufgeprägt, was dort zu komplexen Strömungszuständen führt, die noch nicht vollständig untersucht und verstanden sind. Zur sicheren Erweiterung der Flugbereichsgrenzen sind Verständnis und Voraussagbarkeit der grundlegenden Mechanismen notwendig. Voraussetzung hierfür ist ein fundamentales Verständnis des Zusammenspiels und der potentiellen Überlagerung unterschiedlicher Buffet-Mechanismen in 2D und 3D. Grundlage dieser Untersuchungen bildet die zunächst entkoppelte Betrachtung der struktursteifen und vibrationsbehafteten Fälle unter Berücksichtigung eines schrittweisen Übergangs von 2D, über 2,5D hin zu 3D Pfeilflügel-Geometrien. Das Gesamtziel von TP6 ist daher die grundlagenorientierte Identifizierung der Zusammenhänge zwischen Strukturvibrationen, Pfeilungseffekten und den Mechanismen des transsonischen Buffets sowie deren Auswirkungen auf die Höhenleitwerksaerodynamik. Hierzu werden hochaufgelöste experimentelle Daten erzeugt und in Synergie mit numerischen Daten untersucht. Detaillierte Grundlagenexperimente werden an einem gepfeilten Tandemflügel bei einer für hochgenaue numerische Verfahren zugänglichen Reynoldszahl durchgeführt. Die synergetische Auswertung mit den im European Transonic Windtunnel (ETW) erzeugten Messdaten schließt dabei die Lücke zu flugrealistischen Reynoldszahlen. Somit können sowohl die Strömungsphysik und der Einfluss der Reynoldszahlen und Tragflügelpfeilung untersucht, als auch die Weiterentwicklung numerischer Verfahren unterstützt werden. Die Implementierung von synchronisierten DIC (Digital Image Correlation) und Fokus-Schlieren-Messungen erlaubt die simultane Erfassung der gekoppelten aerodynamischen und strukturdynamischen Phänomene. Mittels Stereo-Dual-Particle Image Velocimetry werden Geschwindigkeits- und Beschleunigungsfeldinformationen zugänglich. Kombiniert mit fortschrittlichen Postprocessing-Verfahren zur Analyse der turbulenten Strukturen (Proper Orthogonal Decomposition; Dynamic Mode Decomposition) und Spektralanalysen werden einzigartige Erkenntnisse möglich, die das Verständnis des Tragflügelbuffets und dessen Einfluss auf das Höhenleitwerk an der Flugbereichsgrenze entscheidend voranbringen werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
