Die aktive Laminarhaltung und damit die Verzögerung des laminar-turbulenten Übergangs (Transition) bei der Umströmung eines Körpers ist ein Forschungsgegenstand von großer praktischer Bedeutung, da die turbulente Umströmung eine deutliche Erhöhung des Reibungswiderstands verursacht. Neben passiven Techniken zur Stabilisierung der laminaren Grenzschicht (z. B. Formgebung) kann die Transitionsverzögerung auch durch die direkte Beeinflussung der instationären Tollmien-Schlichting (TS) Wellen erreicht werden, deren Anfachung den Umschlag einleitet. Die Überlagerung dieser Instabilitätswellen mit künstlich erzeugten gegenphasigen Störungen führt zu einer Dämpfung, bestenfalls zu einer Kompensation der TS Amplitude. Aus den sensorisch erfassten TS Wellen werden mit Hilfe adaptiver Übertragungsfunktionen Gegenstörungen berechnet und über einen Aktuator in die Grenzschicht eingekoppelt. Als Regelungsansatz wird die Filtered-x-Least-Mean-Square Struktur verwendet. Bei der Umsetzung der adaptiven Regelung liegt die Schwierigkeit vor allem im Kompromiss zwischen Stabilität und Konvergenzrate. Die in dieser Arbeit vorgestellten Experimente wurden an einem zweidimensionalen generischen Tragflügelmodell bei Machzahlen zwischen 0,20 und 0,46 durchgeführt und sind ein wichtiger Schritt in Richtung des praktischen Einsatzes an einem Verkehrsflugzeug. Auch wenn die Machzahlen im Vergleich zu Reiseflugmachzahlen eines Flugzeugs weiterhin noch gering sind, zeigen die Ergebnisse, dass dieses System erstmals auch in kompressiblen Strömungen erfolgreich und reproduzierbar eingesetzt werden kann. Die Amplitude der TS Wellen an der Position des Fehlersensors konnte in einem großen Machzahlbereich um bis zu 95 % gedämpft werden. Die damit einhergehende Stromabverlagerung der laminar-turbulenten Transition betrug im Vergleich zum unbeeinflussten Referenzfall bis zu 7,1 TS Wellenlängen bzw.58mm.

    Active laminar flow contral and consequently the delay of the laminar-turbulent transition in boundary layers is a research object of immense practical significanee, SllKe turbulent flows lead to a noticeable increase in viscous drag. In addition to passive techniques for stabilising the laminar boundary layer (such as shape foeming), a delay in transition can also be reached by directly influencing the Steady Tollmien-Schlichting (TS) waves which initiate the transition process. The superposition of these instability waves with artificially generated 180 deg out-of-phase disturbances leads to attenuation or at best to a compensation of the TS amplitude. A successful application of this superposition principle is possible by applying adaptive transfer functions. The detected TS waves are used to calCulate counter-disturbances, which are introduced into the boundary layer by means of an actuator. The filtered-x-least-mean-square structure, as documented in the relevant literature, has been used as contra approach. Significant advantages of this adaptive contral algorithm lie in its feed-forward structure on the one hand and the adaptability to react to changes in the closed-loop-control system by adapting the transfer functions on the other hand. When inplementing the adaptive control system the problem lies substantially in the compromise between stability and the convergence ratio. The experiments presented in this study were carried out on a two-dimensional generic airfoil model at Mach numbers ranging from 0.2 to 0.46 and represent a significant breakthrough regarding the practical application in commercial aircraft. Even allowing for the fact that the Mach numbers in question continue to be relatively low compared with the cruising flight Mach numbers of an aircraft, results still prove that this system may for the first time be successfully used and reproduced in compressible flows. The amplitude of the TS waves at the position of the error sensor could be attenuated for a large area of Mach numbers ranging from 18 to 25 dB or between 89 and 95 %. The resulting downstream shift of the laminar-turbulent transition amounted to up to 7.1 wavelengths or compared to the uncontrolled reference case.


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    Title :

    Aktive Dämpfung von Tollmien-Schlichting Instabilitäten in kompressiblen Strömungen mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises


    Contributors:

    Publication date :

    2009


    Size :

    118 Seiten, Bilder, Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German