Aktive Strömungskontrolle zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Außenflügeln

1. Kurzfassung der Dissertation

Tragflügel moderner Transport-Flugzeuge werden vornehmlich für den Reiseflug optimiert, da dieser den größten Anteil an der gesamten Flugzeit einnimmt. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Optimierung ist die Auslegung des Außenflügels, der den induzierten Widerstand minimiert. Es zeigt sich jedoch, dass gerade dieses Element im Start-Segment eine abgelöste Strömung aufweist und somit einen hohen Anteil am Widerstand hat. Die Folgen hieraus spiegeln sich vor allem in größeren Triebwerken, einem höheren Kraftstoffverbrauch sowie einem daraus resultierend größeren Abfluggewicht wider. In der vorliegenden Arbeit werden pneumatische Wirbelgeneratoren zur Kontrolle der Strömungsablösung eingesetzt, um diese zu höheren Anstellwinkeln zu verschieben.

Um die aktiven Strömungskontrollsysteme für die hochgradig dreidimensionale Konfiguration auszulegen, werden numerische Strömungsanalysen eines Außenflügels im Windkanal durchgeführt. Eine genaue Beschreibung der theoretischen Grundlagen zu diesen Simulationen erfolgt im Kapitel 2. Vor allem sind die Turbulenz-Modellierung sowie die Chimera-Technik entscheidende Bausteine zur Vergleichbarkeit der durchgeführten Simulationen.

Basierend auf den Ergebnissen der numerischen Strömungssimulation der Basisströmung (Kapitel 4) erfolgt eine Auslegung der spannweitigen Position der pneumatischen Wirbelgeneratoren. Dabei wurden verschiedene Ansätze zur Ausrichtung und Positionierung der Aktuatoren werden berücksichtigt (Kapitel 6).

Ausgiebige Untersuchungen verschiedener Varianten des Aktuator Systems wurden an einem verkleinerten, leicht geänderten Modell im Modell-Unterschallwindkanal (MUB) durchgeführt (Kapitel 7). Aus diesen Untersuchungen konnte die effizienteste Variante identifiziert werden. Diese wurde für Untersuchungen dem DNW-NWB an einem industrierelevanten Modell aufgearbeitet und in das originale Modell integriert. Die Ergebnisse aus den Experimenten im DNW-NWB zeigen, dass ebenfalls an diesem Modell die Effizient gesteigert werden kann (Kapitel 8), jedoch nicht die Erwartungen aus den MUB Untersuchungen erfüllt wurden (Kapitel 9). Die Gründe für diese Unterschiede wurden im Detail diskutiert und sind vor allem auf den Aufbau der zwei Experimente im MUB und DNW-NWB zurückzuführen.