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