Projekt oLAF-Meilensteinbericht M-3.4 - Windkanalexperiment am modifizierten DLR-F15 Modell

Abstract

In dem Meilenstein M -3.4 im Projekt Optimal Lastadaptives Flugzeug (OLAF) wurde ein Windkanalversuch durchgeführt, um die dynamischen Eigenschaften einer sehr schnell ausschlagbaren Steuerfläche zu vermessen und damit die numerischen Simulationsfähigkeiten zur Abbildung von instationärer Aerodynamik zu validieren. Für das Experiment wurde das 2D DLR-F15-Windkanalmodell mit Spoiler um eine FlapTab erweitert, die mit 12% der Chordlänge den hinteren Teil der bestehenden ausschlagbaren Flap ersetzt. Diese FlapTab wird über eine Welle direkt seitlich von einem elektrischen Antrieb angetrieben, um möglichst hohe Ausschlagsgeschwindigkeiten und Schwingungsfrequenzen der FlapTab zu erreichen. Der Spoiler wurde bei den Messungen auch im fest ausgeschlagenen Zustand mit vermessen, um den Einfluss auf die Effektivität der FlapTab mitzunehmen. Um die instationäre Aerodynamik auf der Profiloberfläche zu erfassen, wurde die Oberfläche der FlapTab auf dem Mittelschnitt mit 12 weiteren instationären Druckaufnahmern, sogenannten Kulites, bestückt. In den Wochen 1 & 2 der Messkampagne im September 2022 wurden zunächst die stationäre Aerodynamik der FlapTab, und anschließend umfangreich die instationäre Aerodynamik der beweglichen FlapTab vermessen. Dabei wurden verschiedene Fahrprofile bei unterschiedlichen Machzahlen und Anstellwinkeln vermessen, um möglichst viele dynamische Effekte zu erfassen und das Antwortverhalten besser verstehen zu können. Die Ausschlaggeschwindigkeiten und Schwingungsfrequenzen der FlapTab wurden dabei jeweils immer bis an die Grenzen des Antriebmotors gefahren. In den Wochen 3 & 4 im Februar 2023 wurde das Experiment um Pressure Sensitive Paint (PSP) und Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen erweitert. Hierbei wurde sich für die PSP Messungen die Oberseite (Saugseite) der FlapTab angeschaut, bei den PIV Messungen wurde ein Schnitt in den Mittelschnitt an der Hinterkante der Flaptab und ein Mittelschnitt an dem Hinge-Punkt des Spoilers gelegt. Außerdem wurde für die Woche 3 & 4 als Verbesserung das zwischengeschaltete Antriebsgetriebe von einer 50 zu 1 Übersetzung auf eine 5 zu 1 Übersetzung geändert, wodurch 10-fach höhere Beschleunigungen an der FlapTab möglich waren. Auch in diesem Versuch wurden die Ausschlaggeschwindigkeiten und Schwingungsfrequenzen der FlapTab an die erweiterten Grenzen gefahren.