Experimentelle Untersuchung von Grenzzyklusschwingungen eines superkritischen Profils nahe am "Transonic Dip"

Kurzfassung

Die Wechselwirkung der Struktur eines typischen Transportflugzeugs mit den angreifenden Luftlasten seiner schallnahen Umströmung zeigt zwei bekannte aeroelastische Phänomene: Zum Einen besitzt die Flattergrenze ein lokales Minimum zwischen der kritischen Machzahl, bei der lokale Überschallgebiete auftreten, und den Machzahlen, die durch massive Ablösungen im Strömungsfeld gekennzeichnet sind. Dieses Phänomen wird in der Literatur als "Transonic Dip" bezeichnet. Zum Anderen kann man ein nichtlineares aeroelastisches Verhalten beobachten: Im Gegensatz zum klassischen Flattern, bei dem die Schwingungsamplituden exponentiell anwachsen, können Grenzzyklusschwingungen (Limit-Cycle Oscillations, LCO) auftreten. Beide Phänomene sind bisher noch nicht vollständig verstanden. Daher wurden Windkanaluntersuchungen an einem superkritischen Profil als einem repräsentativen Flügelschnitt durchgeführt. Das Profil war dabei mit den zwei Freiheitsgraden Schlag und Torsion aufgehängt. Es wurden Flattergrenzen gemessen und Zeitreihen aerodynamischer Größen zusammen mit der Profilbewegung im Zustand der Grenzzyklusschwingungen erfaßt. Anhand der gemessenen Daten kann der Energieaustausch zwischen Strömung und Struktur bilanziert werden. Die daraus gewonnenen Ergebnisse erlauben Aussagen darüber, welches Verhalten von globalen Luftlasten auf das Profil für die Amplitudenbegrenzung der Grenzzyklusschwingungen und die Ausprägung des Transonic Dip verantwortlich ist.