 | Heister Ch.C. Methodik zur naherungsweisen Vorhersage des laminar-turbulenten Umschlags an Hubschrauberrotoren: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt, Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Braunschweig. - Köln: DLR, 2016. - XIV,147 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2016-37). - Res. auch engl. - Literatuverz.: S.125-140. - ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2016-37) 02
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Abkürzungsverzeichnis ........................................... v
Übersicht ...................................................... xi
Abstract ..................................................... xiii
1 Einführung ................................................. 1
1.1 Stand der Technik .......................................... 4
1.1.1 Grenzschichtberechnung .............................. 6
1.1.2 Laminar-turbulente Umschlagsvorhersage .............. 9
1.1.3 Rotorsimulationen mit Umschlagsvorhersage .......... 12
1.1.4 Zusammenfassende Bewertung der Ansätze ............. 17
1.2 Zielsetzung der Arbeit .................................... 18
2 Herleitung von Annahmen zur laminar-turbulenten
Umschlagsvorhersage an Hubschrauberrotoren ................ 21
2.1 Anströmungsbedingungen am Rotorblatt ...................... 21
2.2 Ermittlung relevanter Grenzschichtinstabilitäten .......... 23
2.2.1 Tollmien-Schlichting Instabilitäten ................ 24
2.2.2 Bypass-Instabilität ................................ 25
2.2.3 Laminare Ablösung .................................. 26
2.2.4 Querströmungsinstabilitäten ........................ 27
2.2.5 Anlegelinieninstabilität ........................... 28
2.3 Erkenntnisse zur laminaren Grenzschicht am Rotorblatt ..... 29
2.3.1 Theoretische Untersuchungen ........................ 29
2.3.2 Experimentelle Untersuchungen ...................... 35
2.4 Schlussfolgerungen für die Näherungsmethodik .............. 41
3 Methodik zur näherungsweisen Berechnung der laminaren
Grenzschicht und des laminar-turbulenten
Grenzschichtumschlages am rotierenden Blatt ............... 45
3.1 Berechnung der instationären, reibungsbehafteten
Umströmung ................................................ 48
3.1.1 Grundgleichungen der Hauptströmung ................. 48
3.1.2 Schließungsbedingung für laminar-turbulente
Strömungen ......................................... 52
3.1.3 Numerisches Lösungsverfahren ....................... 54
3.2 Bestimmung lokaler Anströmungsbedingungen ................. 61
3.2.1 Staupunktlage und Rückanströmung ................... 62
3.2.2 AnStrömungsgeschwindigkeit ......................... 63
3.2.3 Turbulenzgrad ...................................... 64
3.3 Berechnung der laminaren Grenzschicht ..................... 65
3.3.1 Grenzschichtrandgeschwindigkeit .................... 65
3.3.2 Schiebewinkel und Strömungswinkel am
Grenzschichtrand ................................... 65
3.3.3 Integralverfahren nach Schlichting ................. 66
3.3.4 Querströmungsprofile basierend auf
Profilansatz nach Blaser und Velkoff ............... 71
3.3.5 Anbindung des Profilansatzes an das
Integralverfahren .................................. 76
3.4 Vorhersage des laminar-turbulenten Grenzschichtumschlags
mittels empirischer Kriterien ............................. 79
3.4.1 Tollmien-Schlichting Instabilitäten: AHD
Kriterium .......................................... 80
3.4.2 Laminare Ablösung .................................. 81
3.4.3 Querströmungsinstabilitäten: C1 Kriterium .......... 81
3.4.4 Bypassinstabilitäten: Mayle Kriterium .............. 82
3.4.5 Anlegelinien-Instabilität: Pfenniger/Poll
Kriterium .......................................... 82
4 Ergebnisse ................................................ 85
4.1 Laminarprofil Somers NLF(1)-0416 .......................... 85
4.2 Oszillierendes Hubschrauberprofil ......................... 89
4.3 Schiebendes Flügelsegment NLF(2)-0415..................... 93
4.4 BO105 Rotor im Schwebeflug ................................ 98
4.4.1 Effektive Umschlagslage bei unterschiedlichen
Instabilitäts-mechanismen ......................... 100
4.4.2 Einfluss der laminaren Strömung auf die
Rotorbeiwerte ..................................... 103
4.5 ONERA 7AD Rotor im Vorwärtsflug .......................... 104
4.5.1 Effektive Umschlagslagen im Reiseflug ............. 107
4.5.2 Effektive Umschlagslagen im schnellen
Vorwärtsflug ...................................... 112
4.5.3 Einfluss der laminaren Strömung auf die
Rotorbeiwerte ..................................... 117
4.5.4 Rechenzeitbedarf der Umschlagsvorhersage .......... 119
5 Zusammenfassung und Bewertung der vorgestellten
Methodik ................................................. 121
Literaturverzeichnis ..................................... 125
Appendix A: Herleitung der Formparameter für
Geschwindigkeitsprofile an rotierenden Blättern .......... 141
Appendix B: Polynomansätze für Geschwindigkeitsprofile
nach Hartree ............................................. 145
Lebenslauf .................................................... 147
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