Experimente am integrierten Einlauf mit Grenzschichteintrag im DNW-KRG

Abstract

Unbemannte Fluggeräte werden in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Die Anforderungen an ein solches Gerät sind vielfältig und von seinem Einsatzzweck abhängig. Im Falle eines Unmanned Combat Air Vehicles (UCAV) ist eine Anforderung, die einer minimalen IR- bzw. Radarsignatur, um im Einsatzfall unentdeckt zu bleiben. Eine wirksame Maßnahme ist der Einsatz eines integrierten Triebwerkseinlaufes mit geringer Einbauhöhe. Ein solcher Einlauf hat typischerweise einen S Schlag und es befindet sich eine benetzte Fläche stromauf des Einlaufes. Durch die strömungsmechanisch ungünstige Geometrie des Einlaufes ergibt sich die erhöhte Gefahr von abgelösten Bereichen im Zulauf des Triebwerkes, zumal die am Einlauf eintreffende Grenzschicht zu weiteren Druckverlusten führt. Eine gleichmäßige Druckverteilung am Fan-Querschnitt des Triebwerkes (Verdichtereintrittsebene) ist Voraussetzung für die avisierte Leistung eines UCAVs und ist für einen störungsfreien Betrieb des Triebwerkes von großer Bedeutung. In der hier beschriebenen Arbeit wird der Einfluss der am Einlauf eintreffenden Grenzschicht auf die Druckverteilung am Fan-Querschnitt untersucht. Hierbei werden Parameter wie Reynoldszahl, Machzahl, Massenfluss und natürlich die Grenzschichtdicke berücksichtigt. Die Messungen wurden am Kryo-Rohrwindkanal (KRG) der Deutsch-Niederländischen Windkanäle (DNW) an einer ebenen Platte mit integriertem Einlauf durchgeführt. Durch die variable Plattenlänge, den großen Reynoldszahl-Bereich des KRG und die adaptiven Ober-/Unterwände der Messtrecke, mit denen der Massenfluss im Einlauf eingestellt werden konnte, war es möglich, eine umfangreiche Versuchsmatrix abzudecken. Die Druckverteilung in der Verdichtereintrittsebene (Aerodynamic Interface Plane, AIP) war, wie oben beschrieben, von zentralem Interesse. Daher wurde hier ein drehbarer Sondenrechen positioniert der u.a. die Messung der Gesamtdruckverluste erlaubte. Abhängig vom Verhältnis der einlaufenden Grenzschichtdicke zur Höhe des Einlaufs ergibt sich eine deutlich ungleichmäßigere Druckverteilung in der AIP bei größer Plattenlänge und damit dickerer Grenzschicht. Ausgehend von diesen Messungen wurde der sog. DC60-Wert der Druckverteilungen in der Verdichtereintrittsebene bestimmt. Hierbei beschreibt der DC60-Wert die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung in der AIP und ist damit ein wichtiger Parameter bei der Auslegung von Triebwerken. Die Abhängigkeiten des DC60-Wertes von verschiedenen Größen, wie Mach- und Reynoldszahl, einlaufende Grenzschichtdicke und Massenfluss im Einlauf, wurden untersucht.