Experimentelle Untersuchungen an Vielflächen-Doppeldelta-Konfigurationen im DNW-TWG

Abstract

Seit den 80er Jahren werden in Deutschland radarsignaturarme Flugzeugkonfigurationen untersucht. Das DLR ist mit dem Institut für Entwurfsaerodynamik im Bereich der Aerodynamik an diesen Untersuchungen beteiligt. Mit der Zielsetzung einer aerodynamischen Optimierung der radarsignaturarmen Vielflächner-Konfiguration bei gleichzeitiger Beibehaltung eines geringen Radarrückstrahlquerschnittes wurden zwei Windkanalmodelle (DLR-F7 und DLR-F10, s. Bild 1 und 2) für Messungen im DNW-TWG gefertigt. Bei diesen Vielflächnermodellen handelt es sich um Cropped-Delta-Wing Konfigurationen mit Rumpf und Seitenleitwerk, die als Doppeldelta mit scharfen Vorderkanten ausgeführt sind. Der vordere Cockpitrumpf hat dabei die Funktion des vorderen Delta, der Flügel stellt den hinteren Delta dar. Die Aerodynamik der beiden Konfigurationen wird durch ein wirbeldominiertes Strömungsfeld bestimmt. Bei einer Doppeldeltakonfiguration bildet sich, in Abhängigkeit von den Zuströmbedingungen, ein Vier- bzw. Zweiwirbelsystem über dem Tragflügel aus. Die Lage und Art des Wirbelsystems wird weiterhin bestimmt von der Anordnung des vorderen und hinteren Deltaflügels zueinander. An Hand numerischer Untersuchungen der Vielflächnerkonfiguration DLR-F7 konnte gezeigt werden, dass durch geringe geometrische Modifikationen der DLR-F7 Konfiguration eine Verbesserung der Aerodynamik zu erreichen ist. Diese Modifikationen sind in den Entwurf des DLR-F10 Modells eingeflossen und finden sich im Vergleich zum F7 Modell wieder in einer anderen Kontur der Triebwerksverkleidung, einer zusätzlichen Facette am Cockpit zur Reduzierung von Übergeschwindigkeiten an der Cockpitkante, sowie auswechselbaren Vorflügeln, so dass der Pfeilwinkel des vorderen Rumpfes geändert werden kann. Die umfangreichen Windkanalversuche, die hier dargestellt werden, zeigen die Veränderungen des DLR-F10 Modells im Vergleich zum DLR-F7 Modell und den aerodynamischen Einfluß unterschiedlich stark gepfeilter Vorflügel auf das Wirbelsystem der Konfiguration. Der Transonische Windkanal Göttingen (DNW-TWG, s. Bild 3), in dem die hier vorgestellten Messungen durchgeführt werden, wird als ein Windkanal der Stiftung Deutsch-Niederländische Windkanäle (DNW) betrieben und verfügt über drei Messstrecken (adaptiv, perforiert und eine Lavaldüse). Es können bei Machzahlen von 0,3 bis 2,2 und Reynoldszahlen bis zu 1,8 Mio. (bezogen auf den Messstreckenquerschnitt von 1mx1m) Messungen durchgeführt werden. Für die hier beschriebenen Untersuchungen fanden zunächst Kraft- und Momentenmessungen mit internen Waagen statt (s. Bild 4). In einer zweiten Kampagne werden lokale Druckmessungen über Druckbohrungen und flächige mit der PSP-Technik (Pressure Sensitive Paint) durchgeführt (s. Bild 5 und 6). Die PSP-Messungen wurden von dem Institut für Strömungsmechanik des DLR Göttingen betreut. Die Modelle sind mit einer Spannweite von 400mm für den Einsatz im DNW-TWG ausgelegt und können entweder eine interne Waage oder Druckmessmodule aufnehmen. Das F7-Modell verfügt über 120 und das F10-Modell über 79 Druckbohrungen. So ist ein detaillierter Vergleich mit den flächigen Druckverteilungen der PSP-Messungen möglich. Um eine vielfältige Variation von Anstell- und Schiebewinkeln zu erreichen, wird das Modell mit dem "Schiebewinkelgerät" des DNW-TWG positioniert. Dieses Gerät ist in der Lage neben dem Anstellwinkel auch Schiebewinkel zwischen -15° und +15° automatisch einzustellen. Diese Messkampagnen zeigen, dass am DNW-TWG neben dem Bearbeiten solcher Projekte mit mehreren beteiligten Institutionen unter der Leitung des DNW zusätzlich zur "Standard"-Messtechnik, wie Waagen zur Kraftmessung und lokalen Druckmessungen, auch neuere komplexere Messtechniken, wie die flächigen Druckmessungen mit "Pressure Sensitive Paint" eingesetzt werden können. Da die zweite Messkampagne am DLR-F10 Modell erst im April 2001 durchgeführt wird, können in dieser Vorantragsmeldung zunächst nur erste Kraft- und Momentendaten gezeigt werden. Die PSP-Druckverteilungen sind in den Messkampagnen mit dem DLR-F7 Modell erzeugt worden.