In dieser Arbeit werden zur Erweiterung des Verständnisses der physikalischen Vorgänge in dielektrischen Barriereentladungs-Plasmaaktuatoren zum ersten Mal Messungen der durch einen Plasmaaktuator induzierten Geschwindigkeitsvektorfelder mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung vorgestellt. Zusätzlich wird eine Möglichkeit der Berechnung der durch den Aktuator in Luft induzierten Volumenkräfte aus den Geschwindigkeitsvektorfeldern dargelegt. Eine Reihe von Parameterstudien an Plasmaaktuatoren werden präsentiert, mit deren Ergebnissen die Identifikation der wesentlichen Parameterabhängigkeiten bezüglich der Effektivität und der Effizienz von Plasmaaktuatoren und damit eine Optimierung der Aktuatoren vorgenommen werden kann. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neues phänomenologisches Modell zur numerischen Simulation des aerodynamischen Effekts von Plasmaaktuatoren entwickelt, das im Vergleich zu bestehenden Modellen eine höhere Genauigkeit der numerischen Ergebnisse ermöglicht. Die Möglichkeit des Einsatzes von Plasmaaktuatoren zur aerodynamischen Strömungssteuerung wurde in dieser Arbeit anhand zweier unterschiedlicher aerodynamischer Anwendungen untersucht. Im ersten Fall konnte an einem Hubschrauberprofil erstmalig eine Zirkulationssteuerung durch Plasmaaktuatoren nach dem Gurney-Klappen-Wirkprinzip nachgewiesen werden. Im zweiten Fall wurde ein Plasmaaktuator an der Vorderkante eines Deltaflügels zur Strömungssteuerung bis zu Re 106 erfolgreich eingesetzt. Die Änderung der Vorderkantenwirbelstrukturen aufgrund der Plasmaaktuation konnte durch die Erfassung der drei Strömungsgeschwindigkeitskomponenten in einer Ebene, die senkrecht zur Strömungsrichtung orientiert war, umfassend beobachtet werden.
In this work, measurements of the spatial and temporal evolution of velocity vector fields, induced bya dielectric barrier discharge plasma actuator, are presented for the first time in order to enhance the understanding of these actuators. A procedure for calculating the body forces - induced by these actuators - from the measured velocity vector fields is also described. A number of parametric studies with plasma actuators were performed in order to identify the relevant parameter dependencies concerning the effectiveness and the efficiency for an optimization of these actuators. A new phenomenological model for the simulation of the aerodynamic effect of plasma actuators was developed, which can be used to praduce more accurate numerical results than existing models. The suitability of plasma actuators in aerodynamic applications was investigated for two different cases. In the first case, a circulation control of a rotorcraft airfoil by plasma actuators, the actuators were arranged such that the gurney flap active principle was achieved and observed for the first time. In the second case, CI plasma actuator was mounted on the leading edge of a delta wing to successfully demonstrate flow contral up to Re 106. The three velocity components in the plane normal to the flow velocity were measured, enabling the analysis of the change of the leading edge vortices due to plasma actuation.
Aerodynamische Strömungssteuerung mittels dielektrischer Barriereentladungs-Plasmaaktuatoren
2009
262 Seiten, 133 Bilder, 22 Tabellen, 180 Quellen
Theses
German
Aerodynamische Optimierung eines Speedbikes mittels CFD
Automotive engineering | 2006
|Aerodynamische Optimierung eines Speedbikes mittels CFD
British Library Conference Proceedings | 2006
|Aerodynamische Optimierung eines Speedbikes mittels CFD
Tema Archive | 2006
|Automotive engineering | 2014
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