Numerische Untersuchung zur Nachlaufstabilisierung hinter
Tragflügeln mit Gurney-Flaps
Kleine parallel zur Hinterkante von Tragflügeln montierte Klappen,
sog. Gurney-Flaps, wurden zunächst in der Fahrzeugaerodynamik
entwickelt, haben sich jedoch auch in der Luftfahrt als nützliche
Hilfsmittel erwiesen, um bei minimalem konstruktiven Aufwand die Wirkung
von Auf- bzw. Abtriebskörpern zu vergrößern.
Ihre Wirkung auf die integralen Beiwerte von Tragflügelumströmungen
wurde bereits ausführlich experimentell und numerisch
untersucht [1-4].
Diese Arbeiten haben gezeigt, dass sich zwar der Auftrieb vergrößern lässt,
dies aber stets mit einem Anstieg des Widerstands verbunden ist.
Ein Grund dafür liegt
in der Ausbildung von Instabilitäten im Nachlauf der Klappen,
die auch zu verstärkter Lärmentwicklung führen.
Im Rahmen dieser Arbeit soll deshalb das instationäre Strömungsfeld
hinter einer Gurney-Flap mit Hilfe einer numerischen Simulation
untersucht werden, um die relevanten Strömungsphänomene zu identifizieren.
Auf dieser Basis sollen unterschiedliche konstruktive Maßnahmen zur
Stabilisierung des Nachlaufs untersucht werden.
Erste Vorschläge zur Verminderung von Widerstand und Lärm im Nachlauf von
Gurneys werden von Bechert u.a. [1] gemacht.
Ausgehend davon soll zunächst recherchiert
werden, ob sich in der jüngsten Vergangenheit weitere Arbeiten mit ähnlichen
Fragestellungen beschäftigt haben.
Die Simulationen sollen mit Hilfe des am HFI entwickelten
Programmpakets ELAN2 für zweidimensionale Strömungen auf der Basis
der Reynoldsgemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) durchgeführt
werden.
Ziel ist es, die Strömungsstrukturen im Nachlauf der Gurney-Flaps zu
beschreiben.
Dafür sollen geeignete Visualisierungen erstellt und ausgewertet werden.
Daran anschließend sollen ähnliche Simulationen für veränderte
Konfigurationen durchgeführt werden und deren Möglichkeiten der
Nachlaufstabilisierung bewertet werden. Mögliche Konzepte können
''splitter-plates'' [5] oder Nachlaufkörper [1] sein.
Die Ergebnisse sind ausführlich zu dokumentieren
und kritisch zu diskutieren.
Literaturhinweise:
[1] D.W. Bechert, R. Meyer, W. Hage,
Drag Reduction of Airfoils with Miniflaps. Can we learn from Dragonflies?,
AIAA Paper 2000-2315, 2000.
[2] D. Jeffrey, X. Zhang,
Aerodynamics of Gurney Flaps on a Single-Element High-Lift Wing,
Journal of Aircraft, Vol. 37, No. 2, 2000.
[3] D.T. Yen, C.P. van Dam, R.L. Smith, S.D. Collins,
Active Load Control For Wind Turbine Blades Using MEM Translational Tabs,
AIAA Paper 2001-0031, 2001.
[4] R. Myose, M. Papadakis, I. Heron,
Gurney Flap Experiments on Airfoils, Wings and Reflection Plane Model,
Journal of Aircraft, Vol. 35, No. 2, 1998.
[5] E.A. Anderson, A.A. Szewczyk,
Effects of a splitter plate on the near wake of a circular cylinder
in 2 and 3-dimensional flow configurations,
Experiments in fluids, Vol. 23, 1997.
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Last modified: Wed Apr 04 15:50:50 CEST 2004