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Authors:
Herbst, Sebastian 
Document type:
Dissertation / Thesis 
Title:
Untersuchung zum Einfluss großskaliger Turbulenz auf Profil und Flügel bei kleinen Reynolds-Zahlen 
Advisor:
Kähler, Christian Joachim, Prof. Dr. rer. nat. habil. 
Referee:
Kähler, Christian Joachim, Prof. Dr. rer. nat. habil.; Rist, Ulrich, Prof. apl. Dr.-Ing. 
Date oral examination:
04.07.2019 
Publication date:
14.08.2019 
Year:
2019 
Language:
Deutsch 
Keywords:
SD7003, Turbulenz, PIV 
Abstract:
Micro Air Vehicles (MAVs) bewegen sich ebenso wie die Schaufelblätter von Niederdruckturbinen oder Leitwerke kleiner Flugzeuge in großen Höhen in einem Reynolds-Zahl Bereich von 𝒪(𝑅𝑒) = 10^4 . . . 10^5. Das Umfeld dieser Anwendungen ist dabei potentiell hochgradig turbulent. In der Literatur werden relevante Untersuchungen dagegen meist für Turbulenzgrade in der Größenordnung 𝒪(𝑇𝑢) < 10^−1% untersucht, wie sie beispielsweise im Reiseflug bei hohen Geschwindigkeiten in großen Höhen auftreten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie sich die Turbulenz in der atmosphärischen Grenzschicht auf die Aerodynamik von Tragflächen bei 𝑅𝑒 = 60 000 auswirkt. Für eine systematische Analyse wurden drei turbulente Strömungen durch passive Gitter erzeugt, die sich in der Größe der energietragenden Strukturen unterscheiden. Bei einem Turbulenzgrad von 10% wird die integrale Strukturlänge variiert, sodass 𝐿11 = 𝑐/2, 𝑐 und 2𝑐 erreicht werden. Die ungestörte Kanalströmung mit 𝑇𝑢 = 0,5% dient als Referenz. In der Arbeit werden zwei Windkanalmodelle untersucht, deren SD7003 Profil eine Profiltiefe von jeweils 200mm aufweist. An einem Profil mit der Spannweite 𝑏 = 800mm wird mit Hilfe von Particle Image Velocimetry (PIV) gezeigt, dass es unter großskalig turbulenter Anströmung zum Auftreten von instantanen laminaren Ablöseblasen kommt. Damit diese nachgewiesen werden können, wird ein Klassifizierungsschema auf Basis der Größe des abgelösten Bereichs vorgestellt. Es wird zudem demonstriert, dass Statistiken ohne vorausgegangener Klassifizierung eine Art Pseudo-Turbulenz beinhalten, die auf die großen turbulenten Strukturen zurückgeführt werden kann. Messungen an einem Flügelmodell mit einer Spannweite von 400mm werden vorgestellt, um den Einfluss von Randwirbeln zu untersuchen. Das Strömungsfeld entlang der Flügelmitte scheint hierbei hauptsächlich vom effektiven Anstellwinkel beeinflusst zu sein. Kraftmessungen zeigen, dass der Auftrieb in turbulenter Anströmung zunimmt, während er im Falle des Profils relativ zur ungestörten Anströmung abnimmt. Die Zirkulation der Randwirbel wird mittels einer Stereo-PIV Messung in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung untersucht. 
Department:
Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik 
Institute:
LRT 7 - Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik 
Open Access yes or no?:
Ja / Yes