Analyse und Regelung instationärer transsonischer Strömungen an aeroelastischen 2D- und 3D-Flügelkonfigurationen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Deepak Prem Ramaswamy
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548378806

Moderne Verkehrsflugzeuge fliegen in der Regel im transsonischen Strömungsbereich, der aufgrund von Stoßwellen und stoßinduzierten Ablösungen von Natur aus nicht linear ist. Bei Bedingungen nahe der Grenze des Flugbereichs entwickelt sich eine Strömungsinstabilität, die als transsonisches Buffet bezeichnet wird. Eine periodische, selbsterhaltende Oszillation des Stoßes über die Flügeloberfläche wird von einer starken instationären Ablösung begleitet. Moderne Tragflügel sind zunehmend leicht und elastisch ausgelegt; die instationären aerodynamischen Stoßbelastungen können die Oberfläche anregen und zu ungünstigen Strukturschwingungen (Buffeting) führen. Die komplexen Fluid-Struktur-Wechselwirkungen führen zu aeroelastischen Effekten und weichen damit von einer reinen Starrkörperanalyse ab. Daher ist die Charakterisierung und das Verständnis der gekoppelten Dynamik des Fluid- und Struktursystems von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der strukturellen Lebensdauer und des operationellen Flugbereichs von Verkehrsflugzeugen. Dies erfordert eine grundlegende Analyse der Buffet-Mechanismen sowohl an starren als auch an aeroelastischen Flügelkonfigurationen mit einer systematischen Steigerung der Komplexität von 2D-Geometrien mit voller Spannweite über 2D-Geometrien mit gekürzter Spannweite bis hin zu 3D-Modellen eines gefeilten Flügels. Um die daraus resultierenden Buffett- und Buffeting-Effekte zu reduzieren, ist eine geeignete Regelstrategie erforderlich. Dieses Forschungsprojekt untersucht Air-Jet-Vortex-Generatoren (AJVGs) als eine vielversprechende Strategie zur Buffetkontrolle an starren und aeroelastischen Flügeln. Mithilfe von Luftstrahlinjektion in die Querströmung werden Wirbel in die Grenzschicht eingebracht und verbessern damit die Widerstandsfähigkeit der Grenzschicht gegenüber stoßinduzierter Ablösung. Im Gegensatz zu einer Buffetkontrolle durch AJVGs an starren Flügeln wurde die Buffetkontrolle an komplexeren Konfigurationen nicht untersucht und die Mechanismen sind kaum erforscht. Die Ziele dieses Forschungsprojektes sind (a) die Mechanismen des instationären transsonischen Buffets über starren und aeroelastischen Flügelkonfigurationen zu verstehen und (b) eine geeignete Kontrollstrategie unter Verwendung von AJVGs zu entwickeln, um ungünstige Buffeteffekte über solchen Flügeln zu reduzieren. Dazu werden detaillierte Experimente durchgeführt, um hochwertige Datensätze mit modernsten optischen Messgeräten zu erzeugen. Dazu gehört die gleichzeitige Erfassung von Strömungsgeschwindigkeiten und Strukturverformungen, um die gekoppelten aerodynamischen und strukturellen Systeme zu untersuchen. Darüber hinaus werden fortschrittliche Nachbearbeitungstechniken angewandt, um das dynamische Strömungsphänomen zu charakterisieren. Dieses Forschungsprojekt wird wesentlich zum Verständnis der Mechanismen beitragen, die den transsonischen Buffett- und Buffeting-Effekt beeinflussen und wirksame Mittel zu ihrer Kontrolle aufzeigen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle