Einsatz von Mini-Klappen am Profil VC-Opt bei transsonischen Geschwindigkeiten

Abstract

Der Einsatz von Mini-Klappen wurde am zweidimensionalen Profil VC-Opt sowohl numerisch mit dem Strömungslösungsverfahren TAU als auch experimentell im Transsonischen Windkanal Göttingen (TWG) untersucht. Gurney Flaps und divergente Hinterkanten haben trotz ihrer minimalen ggeometrischen Abmaße einen großen Einfluss auf die transsonische Umströmung des VC-Opt-Profils und wirken grundsätzlich auf gleiche Weise: Eine starke Strömungsumlenkung um die Mini-Klappe bewirkt zum einen eine Zirkulationszunahme verglichen mit dem Basisprofil und zum anderen die Bildung eines Totwassergebiets stromab der Hinterkante. Erstes führt zu einer stromabwärtigen Ausdehnung des Überschallfeldes, zweites zu einer Aufspreizung der Druckverteilung an der Hinterkante und damit zu erhöhtem Rear-Loading. Beide Effekte bewirken eine mit der Klappenhöhe h/c anwachsende Auftriebszunahme, so dass der Maximalauftrieb am VC-Opt-Profil gegenüber der Basiskonfiguration deutlich ansteigt. Das Nickmoment nimmt ab, der Minimalwiderstand zu und das Einsetzen von Strömungsablösung wird durch die Verwendung von Mini-Klappen zu höheren Auftriebsbeiwerten verschoben. Bei konstantem Auftrieb bewirken die Mini-Klappen eine Verlagerung der Auftriebserzeugung in den hinteren Profilbereich, was zu einer Verkleinerung des Überschallfeldes und damit zur Abschwächung des Verdichtungsstoßes führt. Im mittleren und oberen ca-Bereich kann somit der Profilwiderstand reduziert und damit eine Verbesserung der Gleitzahl erreicht werden. Neben einer Erhöhung der maximalen Gleitzahl wird durch eine variable Höhe eine deutliche Verbreiterung des günstigen Einsatzbereichs des VC-Opt-Profils hinsichtlich der Gleitzahl erzielt. Die divergente Hinterkante erweist sich als besseres der beiden Mini-Klappen-Typen bei transsonischen Geschwindigkeiten. Die zusätzliche Rampe bewirkt eine Führung der Strömung und führt zu einer gleichmäßigeren und schwächeren Strömungsumlenkung im Vergleich zur Gurney Flap gleicher Höhe, wodurch geringfügig weniger Auftrieb, aber deutlich weniger viskoser Widerstand produziert werden. Dieses resultiert in einer weiteren Verbesserung der maximalen Gleitzahl. Die Nickmomentenänderung wird zusätzlich um bis zu 22% verringert. Besonders der Einsatz einer divergenten Hinterkante als Element eines adaptiven Flügel zeigt sich als sinnvoll, da die Adaption von Höhe und Länge ein Optimum an aerodynamischer Leistung bereitstellt. Erstes kontrolliert im wesentlichen den Auftrieb, mit letzterem kann der Widerstand minimiert werden.