Optische Untersuchung der Wandströmungstopologie am Rotorblatt eines Quadrocopters

Abstract

In dieser Arbeit wurde eine Messmethode für die Erfassung der Wandströmungstopologien am Rotorblatt eines Quadrocopters mittels aktiver Infrarot-Thermografie entwickelt und erprobt. Die Erwärmung des Blattes erfolgte mit einem Hochleistungs-Infrarotlaser, wodurch die Entfernung zwischen Wärmequelle und Messobjekt gegenüber konventionellen Wärmequellen wie z.B. Halogenstrahlern deutlich vergrößert werden konnte. Durch die Verwendung einer Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera und die Anwendung eines Verfahrens zur Phasenmittelung wurde bei geringer Bewegungsunschärfe ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis der aufgenommenen Bilder erzielt. Die Visualisierung der Wandströmung konnte durch die Entwicklung und Anwendung verschiedener Bildbearbeitungsverfahren weiter verbessert werden. Im quasi-stationären Betrieb (Schwebeflug) wurden die Wandströmungstopologien zuverlässig erfasst, was durch zusätzliche Messungen mittels Ölfilm-Interferometrie bestätigt werden konnte. Weiterhin wurden Messungen bei seitlicher Anströmung im Windkanal durchgeführt (Vorwärtsflug). Der Vergleich zwischen vorlaufendem und nachlaufendem Blatt mittels Differential-Thermografie zeigt, dass instationäre Änderungen der Strömungstopologie dargestellt werden können, welche auf eine Verschiebung des laminar-turbulenten Umschlagpunkts innerhalb eines Rotorumlaufs hindeuten