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Grenzschichtgrundströmung erzeugt. Diese wurde dann mit NOLOT [45] auf Stabilität untersucht. Wie im vorigen Abschnitt beschrieben wurde, soll die auszuwählende Kontrollmode im vorderen Bereich der Modellplatte ausrei-chend stark angefacht sein. Als Kontrollmode wurde jeweils die stationäre QSI-Mode betrachtet, deren spannweitige Wellenlänge λwie in der Veröf-fentlichung von Saric [95] zwei Dritteln der Wellenlänge der als natürlich dominant erwarteten Mode entsprach (siehe auch Abschnitt 2.4.1). Als natür-lich dominante Mode wurde diejenige betrachtet, die am weitesten stromauf einen als kritisch angenommenen N-Faktor erreicht und am wahrscheinlichs-ten für den laminar-turbulenwahrscheinlichs-ten Umschlag verantwortlich ist. Als kritischer N-Faktor wurde hierbeiNcrit = 9 ausgewählt. Bei der weiteren iterativen Anpassung der Druckverteilung wurde berücksichtigt, dass die Kontrollmode ausreichend früh einen höheren N-Faktor erreicht als die natürlich dominante Mode, um zu einer Vordeformation der spannweitig gemittelten Grenzschicht-strömung führen zu können. Gleichzeitig sollte ihr N-Faktor aber stromab wieder abnehmen, um nicht selber zur Transition zu führen.

Nach diesem iterativen Prozess wurde die endgültige Position des Vorflügels in Relation zum Verdrängungskörper mithilfe von Parameterstudien in TAU angepasst. Dabei wurde der Abstand des Vorflügels zum Verdrängungskörper in Profiltiefen- und vertikaler Richtung variiert und der Einfluss auf die Druckverteilung bzgl. der Ziele der Neuauslegung bewertet. Im Rahmen der begleitenden Stabilitätsuntersuchungen besaß die natürlich dominante Mode eine spannweitige Wellenlänge von9 mmund als Kontrollmode wurde jene mit einer spannweitigen Wellenlänge vonλ= 6 mmbzw. einer spannweitigen Wellenzahl vonβ = 1047.2 m−1 ausgewählt.

4.4 Das neu ausgelegte Prinzipexperiment der schiebenden ebenen Platte

Die resultierende Konfiguration als Ergebnis der in Abschnitt 4.3 beschrie-benen Neuauslegung ist als Querschnittskizze in Abbildung 4.4.1(a) und als Aufsichtsskizze in Abb. 4.4.1(b) dargestellt.

Darin erkennt man die ebene Modellplatte mit einer Profiltiefe von c = 600 mmund einer Dicke von32 mm. Sie wurde aus einer Aluminium-Legie-rung mithilfe von CNC-Fräsen gefertigt. Für die Nasenkontur der Modellplatte wurde wie im ursprünglichen Prinzipexperiment das Clark-Y-Profil gewählt,

4.4 Das neu ausgelegte Prinzipexperiment der schiebenden ebenen Platte

(a)

600 mm

32 mm 72 mm

632 mm

11 mm 98 mm

52°

246 mm

(b)

3040 mm c=600 mm

Seitenbleche Druckbohrungen

Naseneinsatz

1160 mm 500 mm

150 mm

Abbildung 4.4.1: (a) Querschnittsskizze der Konfiguration des neu ausgeleg-ten Prinzipexperiments der schiebenden ebenen Platte (b) Aufsichtsskizze der Modellplatte

dessen Druckseite nach oben ausgerichtet ist. Die Druckseite dieses Profils führt die Kontursteigung stetig von der Vorderkante inxc-Richtung auf eine Ebene. Der ebene Bereich der Oberseite erstreckt sich über die Profiltiefe 0.1< xc/c <1. Als Aufnahmemöglichkeit für Naseneinsätze ist im Nasen-bereich der Modellplatte ein Bereich von500 mmspannweitiger Breite und 150 mmTiefe inxc-Richtung ausgespart, welcher in der Abbildung 4.4.1(b) eingezeichnet ist. Am Übergang zwischen dem Naseneinsatz und der rest-lichen Modellplatte sollte eine Stufe möglichst vermieden werden, da diese eine Störung der Grenzschichtströmung darstellen würde. Durch geeignet an-geordnete Schrauben wurde bei jedem Einbau eines Naseneinsatzes sorgfältig ein bündiger Übergang eingestellt.

Für die Experimente im Rahmen dieser Arbeit kamen drei solcher Nasen-einsätze zum Einsatz. Neben den in den Abschnitten 4.5.1 und 4.5.2 näher beschriebenen Aktuatoreinsätzen wurde ein Naseneinsatz mit 21 Druckboh-rungen zur Messung des Wanddruckes gefertigt, siehe auch Abschnitt 5.3.

Dieser Naseneinsatz wurde wie die Modellplatte selbst aus einer Aluminium-Legierung mithilfe von CNC-Fräsen gefertigt. Er wird zur grundlegenden Charakterisierung der transitionellen Grenzschichtströmung im Referenzfall verwendet, siehe Kapitel 6. Im restlichen Profiltiefenbereich der Modellplatte, also für xc > 150 mm bzw. xc/c >0.25, sind weitere 19 Druckbohrungen

4.4 Das neu ausgelegte Prinzipexperiment der schiebenden ebenen Platte eingelassen. Sämtliche Druckbohrungen sind entlang einer Geraden mit dem Winkel 45° zur Vorderkante und damit parallel zur Anströmungsrichtung angeordnet. Alle Druckbohrungen besitzen einen Durchmesser von 0.2 mm. Ihre Profiltiefenpositionen sind im Anhang tabellarisch aufgeführt, siehe Tabelle A.1.1. Die Oberfläche der Modellplatte und des Naseneinsatzes mit Druckbohrungen wurde geschliffen und wies eine aus mehreren Messungen gemittelte Rautiefe vonR¯z= 3.0(5)µmund einen gemittelten Mittenrauwert vonR¯a = 0.5(1)µm auf, wobei der angegebene Fehler der Standardabwei-chung über die durchgeführten Messungen entspricht.

Die Hinterkante der Modellplatte wurde mit einer Fase mit einem Winkel von 52° versehen. Über der Modellplatte ist der Verdrängungskörper angeordnet, sodass ein Kanal zwischen ihm und der Modellplatte gebildet wird, welcher an der Hinterkante seinen engsten Querschnitt mit einem vertikalen Abstand von 72 mm erreicht. Am Verlauf des Querschnitts dieses Kanals erkennt man qualitativ den Verlauf des Druckgradienten inxc-Richtung, welchen der Verdrängungskörper auf der Oberseite der Modellplatte aufprägt. Im vorderen Bereich der Platte verringert sich dieser Querschnitt in einem vergleichsweise kurzenxc-Bereich stark und im weiteren Verlauf nur noch schwach, was in der Grenzschichtströmung auf der Modellplatte eine starke Beschleunigung gefolgt von einer schwächeren Beschleunigung bewirkt. Der Verdrängungskörper wurde aus einem Polystyrolkern in Positivbauweise mit einem Holm aus UHM-Kohlefaser (UHM=„Ultra-Hochmodul“, wobei ein hohes Elastizitätsmodul gemeint ist) und einer Kohlefaserschale gefertigt. Der Vorflügel, welcher stromauf und leicht oberhalb des Verdrängungskörpers angeordnet ist, wurde ebenfalls als ein Kohlefaser-Hartschalenflügel mit einem Holm aus UHM-Kohlefaser gefertigt. Dies wurde allerdings nicht in Positivbauweise, sondern mithilfe einer CNC-gefrästen Negativform ausgeführt.

Die Konfiguration bietet mit einer Spannweite von3000 mmdie Möglichkeit, den umströmten Bereich spannweitig in der offenen Messstrecke des 1MG zu verschieben. Der Verdrängungskörper und der Vorflügel werden an den beiden spannweitigen Enden der ebenen Platte fixiert (siehe auch Abb. 5.2.2).

Bei der Auslegung und Materialwahl wurde auf eine größtmögliche spannwei-tige Steifigkeit beider Körper geachtet, um Vibrationen und damit zeitliche Schwankungen der Wanddruckverteilung auf der Modellplatte zu vermeiden.

Die Modellplatte wird ebenfalls an ihren spannweitigen Enden fixiert, aber zusätzlich spannweitig mittig von unten mit einer Säule gestützt. Die Fi-xierung und Positionierung in der Messstrecke wird durch ein Gerüst aus X95-Bauteilen gewährleistet.X95 bezeichnet dabei ein System aus Profilen,

4.5 Aktuatoren