Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Oberflaechenkruemmung auf Stabilitaet und Umschlag einer dreidimensionalen Grenzschicht

Abstract

Der Einfluss der Oberflaechenkruemmung auf die Entwicklung von Laengswirbeln und den laminar-turbulenten Uebergang wurde experimentell untersucht. Das Modell wurde mit einem tragfluegelartigen Profil mit konkav und konvex gekruemmten Fluegelsegmenten versehen. Die Simulation unendlich schiebender Bedingungen zielte auf bessere Vergleichbarkeit mit parallel laufenden theoretischen Untersuchungen. Neben dem Einfluss der Zentrifugalkraefte auf die Transition in der dreidimensionalen Grenzschicht sollte auch der Wechsel der Instabilitaetsbedingungen beim Uebergang von konkaver zu konvexer Kruemmung und von negativem zu positiven Druckgradienten insbesondere im Hinblick auf die Anwendung der en-Methode erfasst werden. Die Stoerstroemung wurde mit Hilfe der Hitzdrahtanemometrie vermessen; zur Lokalisierung des laminar-turbulenten Umschlags wurde die Oberflaechenheissfilmtechnik angewendet. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Stoerstroemung bei allen Stabilitaetszustaenden aus stationaeren und instationaeren Instabilitaetsmoden zusammensetzt. Am konkaven Profilsegment dominieren jedoch die stationaeren Moden, die Laengswirbel, waehrend am konkaven Teil die instationaeren Moden die nichtlineare Entwicklung bestimmen. Nach dem Uebergang von negativem zu positivem Druckgradient setzt sich eine Entwicklung durch, wie sie bereits aus der Endphase des Umschlags der Blasiusstroemung bekannt ist. Vergleiche mit Ergebnissen aus Experimenten an einer schiebenden Platte, die unter den selben aeusseren Bedingungen durchgefuehrt wurden, zeigen charakteristische Unterschiede, sowohl im linearen alsauch im nichtlinearen Bereich der Anfachung. Vergleiche des Umschlagsbei schiebender und nichtschiebender Anordnung des gekruemmten Modells ergaben, dass sich in der dreidimensionalen Grenzschicht die destabilisierende Wirkung der konkaven Kruemmung keine unterschiedliche Wirkung auszugehen scheint.