Experimentelle Untersuchung Sequentieller Absaugung

Abstract

Am Niedergeschwindigkeitswindkanal Braunschweig sind Experimente an einer modular konfigurierbaren ebenen Platte hinsichtlich der künstlichen Laminarhaltung der Grenzschicht durchgeführt worden. Das Absaugen der Grenzschicht durch Plattenmodule mit einer porösen Oberfläche dämpft die Instabilitäten, welche durch ihr Anwachsen zu Transition führen. Erstmals wurden in dieser Studie zeitgleich mehrere dieser Absaugpaneele an dem ebenen Plattenmodell eingesetzt. Vorab wurde das Prinzip der sequentiellen Grenzschichtabsaugung mit der linearen Stabilitätstheorie untersucht, um die Positionen der Absaugpaneele am Modell zu definieren. Im Windkanaltest wurden Infrarotkameras zur Lokalisierung der Transitionsposition und ein Hitzdraht zur Bestimmung der Geschwindigkeit innerhalb der Grenzschicht eingesetzt. Dabei wurde das Grenzschichtverhalten bei Windgeschwindigkeiten bis zu 60 m/s, d.h. einer Modelllänge entsprechenden Reynoldszahl von 20 Millionen, untersucht. Die Ergebnisse des Experiments zeigen einen deutlichen Zuwachs der laminaren Lauflänge über dem ebenen Plattenmodell mit Erhöhung der Anzahl der Absaugpaneele. Bei einer Anströmgeschwindigkeit von 40 m/s wird die Transitionsposition von 22 % der Plattenlänge ohne aktive Grenzschichtabsaugung auf 38 % mit einem Absaugpaneel, 58 % mit zwei Absaugpaneelen und auf über 70 % mit drei Absaugpaneelen verschoben. Im Fall der dreifachen Grenzschichtabsaugung entspricht dies einer Transitionsreynoldszahl von 9,5 Millionen. Die Überführung der Transitionspositionen in einen mit der eN-Methode berechneten Verlauf des Anfachungsfaktors der primären Instabilitäten zeigt ein Abfallen des kritischen N-Faktors mit zunehmender Absaugrate. Nach einem Minimum wird ein Anstieg des kritischen N-Faktors deutlicher Erhöhung der Absaugung verzeichnet. Dieser Effekt zeigt sich unabhängig von der Position des Absaugpaneels im Plattenmodell.