Schlussbericht zum Lufo-4 Vorhaben Cryo-PIV „Strömungsfeldmessungen bei hohen Reynoldszahlen“

Abstract

Es wird die Weiterentwicklung der Particle Image Velocimetry (PIV) zur optischen Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeitsfeldern im Europäischen Transonischen Windkanal (ETW) beschrieben. Der ETW ist neben dem NTF (NASA, Langley) weltweit der einzige Windkanal, der durch Einhaltung der Mach- und Reynoldszahl Strömungen realer Transportflugzeuge korrekt simulieren kann, indem das Strömungsgas auf kryogene Temperaturen von bis zu -170 °C und auf erhöhte Drücke von maximal 4,5 bar gebracht wird. Die Messstrecke wird hierbei von einem großen Plenum mit Druckhülle und innenliegender Temperaturisolierung umschlossen. Die damit für eine Anwendung der PIV einhergehenden Probleme wurden in diesem Vorhaben bearbeitet, wie die Erzeugung von Strömungstracern im ETW, die Führung eines energiestarken Laserstrahls zur Messstrecke, die Platzierung von optischen Komponenten in kryogener Umgebung und die Kompensation von optischen und mechanischen Effekten infolge der Temperatur- und Druckänderungen im Windkanalplenum. Das entwickelte CryoPIV-Messsystem wurde am Ende des Vorhabens im ETW bei sub- und transonischen Machzahlen an einem Hochgeschwindigkeitswindkanalmodell und bei hohen Reynoldszahlen an einer Hochauftriebskonfiguration eines realen Transportflugzeugmodells unter industriellen Bedingungen eingesetzt.