Vermessung von Wirbeln mit der Hintergrundschlieren-Methode

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die quantitative Vermessung der räumlichen Position und Stärke kompressibler Wirbel. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Hintergrundschlieren-Methode (engl. Background Oriented Schlieren Method, BOS) erweitert. Grundsätzliche Untersuchungen bezüglich der Auflösung und Empfindlichkeit der Methode ermöglichten die quantitative Bestimmung zweidimensionaler Dichtefelder. Mit Hilfe von Vergleichsmessungen durch ein erprobtes Verfahren konnte die Richtigkeit der Ergebnisse bestätigt werden. Die Entwicklung des Programms VRIEDER zur Auswertung stereoskopischer BOS-Aufnahmen ermöglicht die Positionsbestimmung fadenförmiger Objekte (z.B. kompressible Wirbel) im Raum aus deren Projektionen. Mit Kenntnis dieser Position ist die quantitative Bestimmung der Dichteverteilung des zu untersuchenden Objektes möglich, wenn ein achsensymmetrisches Dichtefeld angenommen wird. Damit steht für diese Untersuchung der räumlichen Position und Stärke von z.B. kompressiblen Wirbeln jetzt eine einfache und effektive Dichtemesstechnik zur Verfügung. Die Untersuchung des Randwirbels des Außenflügels eines modernen Transportflugzeuges im transsonischen Windkanal in Göttingen bei Reisefluggeschwindigkeiten wurde gleichzeitig mit der erweiterten stereoskopischen Hintergrundschlieren-Methode und Stereo-PIV (Particle Image Velocimetry) als Geschwindigkeitsmessverfahren durchgeführt. Mit der erweiterten Hintergrundschlieren-Methode konnte die Position des Wirbels bestimmt werden. Diese ermittelte Wirbelposition deckt sich mit der, die mit Stereo-PIV bestimmt wurde. Mit Kenntnis der Wirbelposition wurde zusätzlich die Dichteverteilung des Wirbels mit der erweiterten Hintergrundschlieren-Methode bestimmt. Die Ergebnisse des Versuchs stellen die Anwendbarkeit und Effizienz des Verfahrens unter Beweis.