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Experimental analysis of shock-acoustic-wave interaction in transonic flow = Experimentelle Analyse der Wechselwirkung zwischen Verdichtungsstoß und akustischen Wellen in transsonischer Strömung
2020
Dissertation, RWTH Aachen University, 2019
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-08-22
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
fluid mechanics (frei) ; buffet (frei) ; transonic flow (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Die transsonische Umströmung überkritischer Tragflügelprofile zeichnet sich durch komplexe Stoß/Grenzschichtwechselwirkungen aus, die bei hohen Machzahlen oder Anstellwinkeln zu großskaligen, selbst-erregten periodischen Stoßoszillationen führen können, was als Buffet bezeichnet wird. Die Mechanismen, die zu diesem Phänomen führen, sind noch nicht vollständig bekannt. Da das Einsetzten von Buffet die aerodynamischen Eigenschaften verschlechtern und die Sicherheit der Tragflügelstruktur gefährden kann, ist es von großem industriellen Interesse, tiefere Erkenntnisse über Buffet Strömungen zu erlangen. Die vorliegende Studie soll ein vertieftes Verständnis von transsonischen Buffet Strömungen um Tragflügelprofile liefern. Besonders der akustische Anteil des Rückkopplungskreises, der als Mechanismus hinter den erzwungenen Stoßschwingungen vermutet wird, soll eingehend untersucht werden. Dazu wurde die Umströmung um ein superkritisches DRA 2303 Profil experimentell im Windkanal mit (tomografischer) hochgeschwindigkeits Particle-image velocimetry und zeitgemittelten, sowie zeitaufgelösten Druckmessungen an den Profiloberflächen untersucht. Die Anströmbedingungen waren dabei so gewählt, dass sich Buffet am Profil einstellt. Einen Schwerpunkt stellt die Analyse des Hinterkantenschalls da, der den akustischen Anteil des Rückkopplungskreises bildet. Des Weiteren wurden künstlich Schallwellen in das Strömungsfeld eingeleitet, um die Reaktion der Stoßschwingungen auf externe akustische Anregungen zu untersuchen.The transonic flow around supercritical airfoils is characterized by complex shock-wave/boundary-layer interactions including large-scale self-sustained periodic shock wave oscillations, so-called buffet, which appear at high Mach numbers or incidence angles. The mechanisms behind the buffet phenomenon are not yet fully understood. Since the onset of buffet might seriously deteriorate the overall aerodynamic performance and safety of an airplane wing, gaining further insight to the flow features of buffet is of great industrial interest. The present study targets a deeper understanding of transonic airfoil buffet, in particular, of the acoustic part of the feedback loop, which is supposed to force the shock wave to oscillate. Therefore, the buffet flow field around a supercritical DRA 2303 airfoil model was analyzed by wind tunnel experiments with high-speed (tomographic) particle-image velocimetry and steady and unsteady surface pressure measurements. One focus of the investigations concerns the analysis of the sound emitted at the trailing edge of the airfoil, which forms the acoustic part of the feedback loop. Furthermore, the buffet flow field was manipulated by sound waves of different frequencies and of a varying sound pressure level to study the response of shock wave movement to an external acoustic forcing.
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT020557515
Interne Identnummern
RWTH-2020-08369
Datensatz-ID: 795506
Beteiligte Länder
Germany
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