Analyse von Hitzdrahtmessungen zur Bestimmung der Mischung aus Vorflügelnachlauf und Hauptflügelgrenzschicht am Hochauftriebsprofil

Kurzfassung

In dieser Arbeit wird der Einfluss der Reynolds-Zahl auf die Interaktion zwischen Vorflügelnachlauf und Hauptflügelgrenzschicht untersucht. Die daraus gewonnen Erkenntnisse werden in Bezug zu dem maximal erzielbaren Auftriebsbeiwert gesetzt. Als Grundlage dienen Messdaten aus experimentellen Untersuchungen zweier DLR-F15 Hochauftriebskonfigurationen. Bei beiden Konfigurationen handelt es sich um Drei-Element-Konfigurationen bestehend aus Vorflügel, Hauptflügel und Klappe. Die erste Konfiguration ist die Referenzkonfiguration und die zweite eine experimentelle Konfiguration mit verlängertem Vorflügel. Die Experimente erfolgtem im kryogenen Windkanal DNW-KKK. Durch die kryogene Umgebung kann die Reynolds-Zahl unabhängig von der Mach-Zahl variiert werden. Das Modell wurde als zweidimensionales Modell vom Boden bis zur Decke im Kanal eingebaut. Es kann bei dem Strömungszustand beider Konfigurationen von zweidimensionaler Strömung ausgegangen werden. Der Einfluss der Windkanalwände wird nach anerkannten Methoden korrigiert, sodass eine Vergleichbarkeit mit freier Anströmung möglich ist. Die Analyse der Geschwindigkeitsprofile zeigt einen starken Einfluss der Reynolds-Zahl bei niedrigen Mach-Zahlen auf das Interaktionsverhalten zwischen Nachlauf und Grenzschicht. Unterhalb einer kritischen Reynolds-Zahl ist die Vermischung der viskosen Schichten im Bereich der Hauptflügelhinterkante bereits stark fortgeschritten. Dadurch ist der Hauptflügel der 3eRef-Konfiguration anfälliger für Ablösungen und erreicht ein niedrigeres CA,max als identische Messungen bei höheren Reynolds-Zahlen. Die VLCS-Konfiguration zeigt ebenfalls starke Abhängigkeiten der Reynolds-Zahl. Unterhalb der kritischen Reynolds-Zahl scheint sich eine laminare Ablöseblase auf dem verlängerten Vorflügel auszubilden, die die nachfolgende Interaktion stark beeinflusst. Durch die laminare Ablöseblase bricht der Auftriebsbeiwert bei niedrigeren Anstellwinkeln ein und der maximal erzielbare Auftriebsbeiwert ist somit kleiner. Somit bestätigen sich die Aussagen von Wild (1), dass die Reynolds-Zahl bei Simulationen von Hochauftriebskonfigurationen signifikante Relevanz hat.