Profilpolarenmessung im Labor Windkanal/Strömungsmesstechnik

29.10.2018
Von: Prof. Dr. Stephan Lämmlein, Michael Laube, Benjamin Vorwerk, Daniela Stang

Der experimentelle Ansatz des Labors Windkanal/Strömungstechnik der OTH Regensburg ist nach wie vor von praktischer Bedeutung. Mehrere Bachelorarbeiten befassen sich damit, lasergeschnittene Transitionsstreifen mittels Versuchen zu optimieren.

Zwei Studierende bei der aerodynamischen Vermessung eines Flügelprofils am Prüfstand POLAMAX im Labor Windkanal der Fakultät Maschinenbau.

Zwei Studierende bei der aerodynamischen Vermessung eines Flügelprofils am Prüfstand POLAMAX im Labor Windkanal der Fakultät Maschinenbau. Foto: OTH Regensburg / florianhammerich.com

Die Leistungsfähigkeit eines Flügelprofils zu beurteilen, ist essenziell für aerodynamische Optimierungsaufgaben. Das Labor Windkanal/Strömungsmesstechnik (LWS) der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg) ist mit seinem Windkanal und dem Prüfstand POLAMAX in der Lage, standardisierte Messflügel mit einer Spannweite von 600 Millimeter und einer Flügeltiefe von 200 Millimeter zu vermessen. Hierbei werden der Widerstandsbeiwert und der Auftriebsbeiwert bei verschiedenen Profilanstellwinkeln und Anströmgeschwindigkeiten erfasst. Anhand dieser Kenngrößen können die Gleitzahl oder Steigzahl bestimmt werden und die Profileigenschaften visuell im Lilienthalschen Polardiagramm dargestellt werden.

Das Messprinzip basiert dabei auf berührungsloser Messung mit zahlreichen Druckabnahmebohrungen an der Ober- und Unterseite der Windkanalwand und im Nachlauf des Profils. Durch pneumatische Integration dieser Drücke kann der „Fußabdruck“ des Profils mit der leeren Messstrecke verglichen werden. Die Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der geschlossenen Messstrecke ist dabei ein Maß für den Auftrieb und somit den dimensionslosen Auftriebsbeiwert.

Analog dazu kann aus dem Impulsverlust (Windschatten) hinter dem Profil, welcher mit dem sogenannten Nachlaufrechen gemessen wird, der Widerstandsbeiwert bestimmt werden. Mit den verbauten SETRA-Druckmessdosen ist man in der Lage, Widerstandsänderungen im Promillebereich zu erfassen.

Aufgaben für zukünftige Projektarbeiten

Die rechnerunterstützte Messung erfolgt dabei vollautomatisch durch die LabVIEW-Software des Prüfstands, welche größtenteils von Studierenden der OTH Regensburg entwickelt wurde. Ziel ist es, im Rahmen kommender Projektarbeiten des Masterstudiengangs Maschinenbau die Software um eine vollautomatische Auswertung der Messergebnisse zu ergänzen. Dies würde zum einen die zeitintensive und relativ ermüdende Arbeit der manuellen Excelauswertung vermeiden und zum anderen eine einheitliche Darstellung der Messergebnisse sicherstellen.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Profileigenschaften ist die Beeinflussung der Grenzschicht durch Ausblasung oder Transitionsstreifen. Beide Varianten dienen zur gezielten Einbringung von schwacher Turbulenz in die Strömungsgrenzschicht, was im Idealfall den Widerstand verringert.

Da es derzeit keine Simulationsalgorithmen gibt, die mit vertretbarem Rechenaufwand in der Lage sind, den Einfluss künstlicher Transitionsstreifen zu berechnen, ist der experimentelle Ansatz des LWS nach wie vor von praktischer Bedeutung. Mehrere Bachelorarbeiten im Labor LWS befassen sich aus diesem Grund derzeit mit dem Thema der Optimierung dieser lasergeschnittenen Transitionsstreifen anhand von Versuchen. 

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