Symbolverzeichnis ............................................. xiv
1 Einleitung ................................................. 1
1.1 Motivation ................................................. 1
1.2 Stand der Forschung ........................................ 1
1.2.1 Aeroelastische Untersuchungen an Flugeln hoherer
Pfeilung ............................................ 2
1.2.2 Vorangegangene Untersuchungen mit aerodynamischem
Schwerpunkt ......................................... 4
1.3 Ziel und Aufbau der Arbeit ................................. 6
2 Physikalische Grundlagen ................................... 7
2.1 Stationares Verhalten der wirbeldominierten Strömung ....... 7
2.1.1 Modelle und charakteristischer Aufbau von Wirbeln ... 7
2.1.2 Wirbelströmung an scharfen Vorderkanten schlanker
Flügel ............................................. 10
2.1.3 Wirbelströmung an runden Vorderkanten .............. 12
2.1.4 Einfluss des Pfeilungswinkels bei nicht-schlanken
Flügeln ............................................ 14
2.2 Instationäres Verhalten der Wirbelströmung ................ 18
2.2.1 Wirbelzusammenbruch und Buffet ..................... 18
2.2.2 Bewegungsinduzierte Effekte ........................ 21
3 Konzept und numerische Vorbetrachtung ..................... 24
3.1 Versuchskonzept ........................................... 24
3.2 Geometrie des Modells ..................................... 25
3.3 Numerische Vorbetrachtung der Strömung .................... 27
3.3.1 Charakter und Topologie der Wirbel ................. 27
3.3.2 Machzahl Einfluss .................................. 28
3.3.3 Verhalten der Wirbelströmung bei Nickschwingungen .. 30
3.3.4 Instationare Drücke bei wirbelfreier Strömung ...... 31
4 Versuchsaufbau und Auslegung .............................. 34
4.1 Windkanal ................................................. 34
4.2 Versuchsstand ............................................. 35
4.3 Windkanalwände und Peniche ................................ 36
4.3.1 Windkanalwände ..................................... 36
4.3.2 Durchfuhrung des Modells durch die Wand ............ 37
4.3.3 Peniche ............................................ 37
4.4 Struktur und Auslegung des Windkanalmodells ............... 39
4.4.1 Auslegung des Modells .............................. 39
4.4.2 Experimented Untersuchung der Struktur ............. 47
4.5 Messverfahren und Sensorik ................................ 49
4.5.1 Instrumentierung des Modells ....................... 49
4.5.2 Messung des Anstellwinkels ......................... 50
4.5.3 Piezoelektrische Waage ............................. 51
4.5.4 Optische Messverfahren ............................. 52
5 Messwertverarbeitung und Analyse .......................... 55
5.1 Aufnahme und Verarbeitung der Messwerte ................... 55
5.2 Korrektur der Druckdaten basierend auf einer dynamischen
Kalibrierung .............................................. 57
5.3 Analyse ................................................... 58
5.3.1 Analysemethoden im Frequenzbereich ................. 58
5.3.2 Methoden der Analyse der Signalqualitat zur
Auswertung des spektralen Inhalts der Messdaten .... 60
5.3.3 Filterung und Rekonstruktion ....................... 61
5.3.4 Energiebilanz pro Periode .......................... 61
5.3.5 Analysen im Strömungsfeld .......................... 63
5.4 Messunsicherheiten und Fehlerquellen ...................... 63
6 Versuchsdurchfuhrung ...................................... 64
7 Experimented Ergebnisse und Diskussion .................... 66
7.1 Ergebnisse bei konstantem Anstellwinkel ................... 66
7.1.1 Veränderung mit dem Anstellwinkel .................. 66
7.1.2 Einfluss der Machzahl .............................. 73
7.1.3 Transsonische Strömung ............................. 74
7.1.4 Einfluss der Reynoldszahl .......................... 76
7.1.5 Fluktuationen und Wirbelzusammenbruch .............. 77
7.2 Ergebnisse bei Nickschwingungen ........................... 80
7.2.1 Veränderung der instationaren Luftkrafte mit dem
Anstellwinkel ...................................... 80
7.2.2 Vergleich mit instationaren Druckverteilungen bei
geringeren Anstellwinkeln .......................... 85
7.2.3 Variation der Anregungsfrequenz .................... 87
7.2.4 Einfluss der Anstellwinkelamplitude ................ 90
7.2.5 Transsonische Strömung ............................. 96
7.2.6 Wirkung der instationaren Luftkräfte auf eine
schwingende Struktur ............................... 98
7.3 Kritische Betrachtung der Sekundareffekte und deren
Auswirkung auf die Ergebnisse bei unterschiedlichen
Konfigurationen und Messtechniken ........................ 103
7.3.1 Beschichtung und Transitionsfixierung ............. 104
7.3.2 Vergleich zwischen Druckmesstechniken ............. 106
7.3.3 Modelldeformation ................................. 108
8 Zusammenfassung und Fazit ................................ 111
9 Ausblick ................................................. 113
Literatur ................................................ 114
Verzeichnis der Abbildungen .............................. 125
Verzeichnis der Tabellen ................................. 133
A Zu Kapitel 2 ............................................. 134
A.l Theoretische Modelle von Wirbeln .................... 134
A.2 Anstellwinkelbereiche bei VFE-2 ..................... 136
В Zu Kapitel 3 und 4 ....................................... 138
B.l Analyseroutinen der CFD Ergebnisse .................. 138
B.2 Analysen mit ZAERO .................................. 140
B.3 Zu Abschnitt 4.4.2 .................................. 142
С Zu Kapitel 5 ............................................. 145
C.l Beiwerte ............................................ 145
C.2 Statistische Verfahren .............................. 146
D Zu Kapitel 7 ............................................. 148
D.l Zu Ergebnisse bei konstantem Anstellwinkel
Abschn. 7.1 ......................................... 148
D.2 Zu Ergebnisse bei Nickschwingungen Abschn. 7.2 ...... 154
D.3 Zu Kritische Betrachtung der Sekundareffekte
Abschnitt 7.3 ....................................... 172
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