Experimentelle Untersuchung des Einflusses von Oberflächenstufen auf das querströmungsdominierte Transitionsszenario

Kurzfassung

Die Effizienzsteigerung moderner Flugzeuge spielt sowohl aus ökonomischer wie ökologischer Sicht eine große Bedeutung. Dabei ist u.a. das Einsparpotential durch Laminarhaltung der Tragflächen Gegenstand heutiger Forschung. Hierbei spielen Instabilitätsmechanismen an gepfeilten Konfigurationen, welche auch in der zivilen Luftfahrt eingesetzt werden, sowie deren Einflussgrößen eine zentrale Rolle. Insbesondere die Auswirkungen zweidimensionaler Oberflächenstörungen in diesen Szenarien haben kürzlich aufgrund ihrer praktischen Relevanz erhöhte Aufmerksamkeit erhalten. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der Reproduktion bestehender Forschungsergebnisse bei unterschiedlichen Strömungsbedingungen, sowie der Frage, ob die Amplitude der auf eine Oberflächenstufe auftreffenden Instabilitäten das Transitionsszenario beeinflussen kann. Hierzu wurden Messungen mittels Hitzdrahtanemometrie an einer schiebenden ebenen Platte unter Anwesenheit einer vorwärtsgerichteten Stufe durchgeführt. Stufenhöhen im Bereich von 58 % bis 73 % der ungestörten Grenzschichtdicke an der Position der Stufe sind unter Variation der Anströmbedingungen vermessen worden. Die Ergebnisse werden mit parallel durchgeführten Messungen mit temperatursensitiver Farbe (temperature-sensitive paint, TSP) im Bezug auf die Transitionslage verglichen. Es zeigt sich, dass, wie in der Literatur bereits beschrieben, eine kritische Stufenhöhe existiert, ab welcher die Transitionslage in unmittelbarer Umgebung der Stufe zu finden ist. Jedoch existiert ein Bereich von Stufenhöhen knapp unterhalb der kritischen, in welchem eine Erhöhung der Amplitude eingehender Instabilitäten dazu führt, dass ebenso überkritisches Verhalten beobachtet wird. Die Ergebnisse stehen im Einklang mit den parallel durchgeführten TSP-Messungen und zur Zeit in der Literatur vorhandenen Kriterien für kritische Stufenhöhen. Für ein genaues Verständnis des physikalischen Mechanismus sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.