 | Dunker Ch. Anwendung des optischen Geschwindigkeitsmessverfahrens Particle Image Velocimetry im Freiflug zur Charakterisierung einer Grenzschichtstromung: Diss. ... Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Göttingen. - Köln: DLR, 2017. - XI, 157 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2017-34). - Res. auch engl. - 240 р. - ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2017-34) 02
|
1 Einleitung ................................................. 1
2 Physikalische Grundzüge der Grenzschichttheorie ........... 11
2.1 Grundlegende Definitionen und Charakterisierungsgrößen .... 11
2.2 Turbulente Geschwindigkeitsprofile einer Grenzschicht ..... 13
2.3 Bestimmung der Wandschubspannung turbulenter Strömungen ... 17
2.4 Turbulenzstrukturen ....................................... 18
3 Messmethoden und Randbedingungen des
Freiflugexperimentes ...................................... 25
3.1 Operationelle Randbedingungen ............................. 26
3.2 Mikrophysikalische Eigenschaften von tiefen und
mittelhohen Wolken ........................................ 27
3.3 Das Messprinzip der Particle Image Velocimetry (PIV) ...... 34
3.3.1 Analyse der Streupartikel für
PIV-Freiflugmessungen .............................. 34
3.3.2 Auswertung von PIV-Daten ........................... 39
3.3.3 Fehlerquellen und Genauigkeitsbetrachtungen ........ 41
3.4 Druck-basierte Geschwindigkeitsmessung .................... 43
3.4.1 Gesamtdruckmessung mittels PiTOT-Sonden ............ 45
3.4.2 Bestimmung des statischen Druckes durch eine
Wanddruckbohrung ................................... 48
3.5 Experimentelle Methode zur Charakterisierung der
PIV-Streupartikel ......................................... 51
3.5.1 Grundlagen der interferometrischen Methode zur
Bestimmung von Tropfengrößen ....................... 52
3.5.2 Methode zur Auswertung der ILIDS-Aperturbilder ..... 55
3.5.3 Über Grenzen und Genauigkeiten der ILIDS-
Methode ............................................ 58
4 Der Flugversuch: Messaufgabe, Versuchsaufbau und
Durchführung .............................................. 63
4.1 Zielstellung und Messaufgabe der Flugversuchskampagne ..... 63
4.2 Modifikation des Versuchsträgers .......................... 65
4.2.1 Die Forschungsplattform Dornifr Do228-101 .......... 65
4.2.2 Übersicht über die Gesamtinstallation .............. 67
4.2.3 Der Stereo-PIV-Aufbau .............................. 68
4.2.4 Geschwindigkeitsmessung mittels traversierbarer
Differenzdrucksonden ............................... 72
4.2.5 Das ILIDS-System für PIV-Flugversuche .............. 74
4.2.6 Überblick über die Messbereiche .................... 76
4.2.7 Laserbetrieb und -Sicherheit während der
Flugmesskampagnen .................................. 77
4.3 Durchführung des Freiflugexperimentes ..................... 78
5 Ergebnisse des Freiflugexperimentes ....................... 83
5.1 Ergebnisse zur Grenzschichtuntersuchung mittels
verfahrbarer Differenzdrucksonden ......................... 84
5.1.1 Grenzschichtgesetze der turbulenten
Wandgrenzschicht ................................... 86
5.1.2 Charakteristik der turbulenten Grenzschicht in
Hauptströmungsrichtung ............................. 90
5.2 PIV-Geschwindigkeitsvektorfelder einer turbulenten
Grenzschichtströmung ...................................... 92
5.2.1 Gemittelte und momentane Geschwindigkeitsfelder
unter Berücksichtigung unterschiedlicher
Flugzeugkonfigurationen ............................ 95
5.2.2 Gegenüberstellung gemittelter
Geschwindigkeitsfelder zweier wandparalleler
Messebenen in der Rumpfgrenzschicht ................ 98
5.3 Partikel- und druck-basierte Geschwindigkeitsmessungen
im Vergleich ............................................. 105
5.4 Auswirkungen der Atmosphäre auf die Grenzschichtmessung .. 111
5.4.1 Charakterisierung der Streupartikel der
Atmosphäre ........................................ 111
5.4.2 Einfluss von atmosphärischen Turbulenzen auf das
Freiflugexperiment ................................ 118
6 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 125
A Übersicht über die Messpunkte ............................ 129
Abbildungsverzeichnis ......................................... 135
Tabellenverzeichnis ........................................... 141
Literatur ..................................................... 143
|
|
