Auslegung Fertigung und Validierung einer kosteneffizienten kammerlosen HLFC Absaugvorderkante

Kurzfassung

Ressourceneffizientes Fliegen – ein zentrales Ziel aktueller und zukünftiger Entwicklungen in der Luftfahrt. Einer der vielversprechendsten Wege dahin ist die Laminartechnologie, welche durch eine signifikante Verringerung des Strömungswiderstandes und die damit einhergehende Reduktion des Treibstoffverbrauchs einen entscheidenden Beitrag zur Erreichung der Ziele des Flightpath 2050 leisten kann. Hierbei ist die sogenannte Hybrid-Laminarhaltung (HLFC, Hybrid Laminar Flow Control), bei welcher der widerstandsreduzierende Effekt durch eine Kombination aus Profilgestaltung und einer teilweisen Absaugung der Grenzschichtströmung im Bereich der Vorderkante erzielt wird, von besonderem Interesse. Während die Wirksamkeit der HLFC-Technologie bereits mit Windkanal- und Flugversuchen nachgewiesen werden konnte, stellen die strukturellen und fertigungstechnischen Anforderungen nach wie vor eine große Hürde zur industriellen Anwendung dar. Hier setzt die vorgestellte Arbeit an und zeigt eine alternative Bauweise einer HLFC-Vorderkante, welche bei voller aerodynamischer Leistungsfähigkeit kostengünstig zu fertigen und für Service- und Reinigungszwecke vollständig zerstörungsfrei zerlegbar ist. Die Tailored Skin Single Duct (TSSD) Vorderkantenbauweise basiert dabei auf einer mehrlagig aufgebauten Außenhaut mit intrinsischer Druckverlustverteilung und ermöglicht neben einem kammerlosen Aufbau auch eine vollständig zerstörungsfrei demontier- und zerlegbare Umsetzung. Zur Validierung dieser Bauweise wurde eine Vorderkante im Maßstab 1:1 gefertigt und, eingebaut in ein Seitenleitwerk mit ca. 6 m Spannweite, im DNW LLF Windkanal unter Flug-Reynoldszahlen getestet. Anhand von unter anderem Wärmebild-Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass die alternative Vorderkantenbauweise die Grenzschicht identisch zu bereits bekannten HLFC-Bauweisen stabilisiert und die Transition bis zu ca. 50% der Profiltiefe (bei einer Absaugung bis 20% der Profiltiefe) verschiebt.