ISBN 9783843954921

978-3-8439-5492-1, Reihe Ingenieurwissenschaften

Michael Greiner
Experiments on laminar separation bubbles under inflow conditions of atmospheric turbulence

227 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2024), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Windkraftturbinen und allgemeine Luftfahrt erzielen den heutigen Leistungsstand zu einem großen Teil dank der Entwicklung der Laminarprofile. Atmosphärische Turbulenz ist jedoch ein bisher wenig beachteter Faktor beim Entwurf dieser Profile. Einerseits sind die atmosphärischen Bedingungen in der Regel unzureichend statistisch charakterisiert, andererseits existieren bisher nur empirische Erfahrungswerte über die Wirkung atmosphärischer Turbulenz auf die Flügel-Grenzschicht und insbesondere auf laminare Ablöseblasen. Beide Themen werden in dieser Arbeit am Beispiel des Segelflugs behandelt.

Im ersten Teil werden die Anströmbedingungen im typischen Überlandflug untersucht. Besonderes Augenmerk wird auf den Kreisflug in der Thermik und damit auf Bedingungen der konvektiv geschichteten atmosphärischen Grenzschicht gelegt.

Dazu wurden die turbulenten Geschwindigkeitsfluktuationen während Überlandflügen mit hoher Auflösung gemessen. Dies erlaubt eine statistische Auswertung der Turbulenzintensität und der Geschwindigkeitsderivative. Für die gegebenen klimatischen Bedingungen ergibt sich eine sehr eng gefasste Charakteristik der Freistromturbulenz in der Thermik.

Der zweite Teil befasst sich mit dem Einfluss der Anströmturbulenz auf laminare Ablöseblasen, wie sie typischerweise auf der Oberseite von Niedriggeschwindigkeitsprofilen auftreten können. Dazu wurden die Bedingungen, die im ersten Teil gefunden wurden, im Laminarwindkanal simuliert. Unterschieden wird dabei nach kleinskaliger Turbulenz, die über die klassische Rezeptivität wirkt, und großskaliger Turbulenz, die über die instationäre Änderung der Stabilitätseigenschaften auf die Grenzschichtentwicklung einwirkt.

Erhöhte kleinskalige Turbulenz führt zu zusätzlichen Moden. Die Blase verkürzt sich um bis zu 20%. Bei großskaliger Turbulenz treten im untersuchten Bereich reduzierter Frequenzen keine spezifisch instationären Phänomene auf. Klein- und großskalige Turbulenz zeigen wenig Wechselwirkung.