Experimentelle Untersuchungen aktiv ausgelenkter Oberflächen zur Reduktion der Wandreibung durch Transitionsverzögerung

Pätzold, Andreas

Experimentelle Untersuchungen aktiv ausgelenkter Oberflächen zur Reduktion der Wandreibung durch Transitionsverzögerung

dc.contributor.advisor	Nitsche, Wolfgang	en
dc.contributor.author	Pätzold, Andreas	en
dc.contributor.grantor	Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme	en
dc.contributor.referee	Nitsche, Wolfgang	en
dc.contributor.referee	Peltzer, Inken	en
dc.contributor.referee	Rist, Ulrich	en
dc.date.accepted	2013-06-10
dc.date.accessioned	2015-11-20T22:41:23Z
dc.date.available	2013-12-03T12:00:00Z
dc.date.issued	2013-12-03
dc.date.submitted	2013-12-03
dc.description	Zugleich gedruckt erschienen im Universitätsverlag der TU Berlin unter der ISBN 978-3-7983-2616-3.	en
dc.description.abstract	Alle umströmten Körper erfahren Widerstandskräfte. Um die Oberflächenreibung als dominierenden Anteil am Gesamtwiderstand zu minimieren, ist eine ausgedehnte laminare Umströmung erwünscht. Der laminar-turbulente Grenzschichtumschlag kann mit Hilfe aktiver und passiver Maßnahmen verzögert werden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde eine Methode zur aktiven Laminarisierung entwickelt und in Windkanalexperimenten untersucht. Die Transition an einem ungepfeilten Tragflügel wird hauptsächlich durch Tollmien-Schlichting (TS-) Wellen verursacht. Eine neuartiges Verfahren zur Dämpfung dieser konvektiven Instabilitäten wurde aufgebaut. Als natürliches Vorbild bei dieser Arbeit dienten die visko-elastischen Hauteigenschaften von Delfinen. Da allerdings kein für Luftströmungen geeignetes Material existiert, wurden diese Hauteigenschaften durch Echtzeit-gesteuerte Aktuatoren nachgebildet. Ausgehend von früheren Experimenten mit räumlich begrenzter Aktuation, wurde eine ausgedehnte "aktive Wand" als Teil der Flügeloberfläche entworfen. Der Aufbau ist in der Lage, mitbewegte Wanderwellen zu erzeugen. Unterschiedliche Anordnungen von Piezo-Membranaktuatoren wurden, in Kombination mit Arrays von hochempfindlichen Oberflächensensoren, eingesetzt. Dabei kam eine modellprädiktive Regelung zur Anwendung. Neben einer spannweitig differenzierten Aktuation wurde auch ein Aufbau mit geneigter Wandauslenkung untersucht. Bei einer Anströmgeschwindigkeit von u = 24,5 m/s konnte die laminar-turbulente Transition um 140 mm oder sieben mittlere TS-Wellenlängen verzögert werden. Zweidimensionale und schräglaufende Grenzschichtinstabilitäten wurden gedämpft. Zusätzlich dokumentiert diese Dissertation die Untersuchung des Strömungsfeldes stromab der Aktuation und eine Wirkungsgradbetrachtung der entwickelten Laminarisierungsmethode.	de
dc.description.abstract	Any body exposed to a flow, generates drag forces. In order to minimize skin friction as dominating part of this overall drag, an extended laminar boundary layer flow is favorable. Laminar-turbulent boundary layer transition can be delayed by active and passive means. Here, an active laminarization method was developed and investigated in wind tunnel experiments. Transition on unswept two-dimensional wings is mainly caused by Tollmien-Schlichting (TS-) waves. A new method for attenuation of these convective instabilities was developed. The work was inspired by the visco-elastic properties of dolphin’s skin. Since no comparable material exists for air flows, these skin properties were simulated by real-time controlled actuators. Based on previous experiments with spatially limited actuation, an extended 'active wall' area as part of the wing’s surface was designed. It is able to generate travelling counterwaves. Different arrangements of piezo-membrane actuators were investigated with arrays of highly sensitive surface flow sensors and appropriate model predictive control strategies. Spanwise differentiated and streamwise cascaded actuation were used as well as inclined wall displacement. The onset of transition could be shifted downstream by 140 mm or seven average TS-wave lengths for a freestream velocity of u = 24,5 m/s. Two-dimensional and oblique boundary layer instabilities could be attenuated. Additionally, the investigation of the boundary layer flow downstream of the active wall area and an efficiency estimation are presented in this doctoral thesis.	en
dc.identifier.isbn	978-3-7983-2617-0
dc.identifier.uri	urn:nbn:de:kobv:83-opus4-40784
dc.identifier.uri	https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4070
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3773
dc.language	German	en
dc.language.iso	de	en
dc.publisher.name	Universitätsverlag der TU Berlin	en
dc.publisher.place	Berlin	en
dc.rights.uri	https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/	en
dc.subject.ddc	620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten	en
dc.subject.other	Aktive Wand	de
dc.subject.other	Echtzeitregelung	de
dc.subject.other	Grenzschicht	de
dc.subject.other	Laminar-turbulente Transition	de
dc.subject.other	TS-Wellendämpfung	de
dc.subject.other	Active wall	en
dc.subject.other	Boundary layer	en
dc.subject.other	Laminar-turbulent transition	en
dc.subject.other	Realtime control	en
dc.subject.other	TS-wave control	en
dc.title	Experimentelle Untersuchungen aktiv ausgelenkter Oberflächen zur Reduktion der Wandreibung durch Transitionsverzögerung	de
dc.title.translated	Experimental investigations of actively driven surfaces for skin friction reduction by transition delay	en
dc.type	Doctoral Thesis	en
dc.type.version	publishedVersion	en
tub.accessrights.dnb	free	*
tub.affiliation	Fak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme::Inst. Luft- und Raumfahrt	de
tub.affiliation.faculty	Fak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme	de
tub.affiliation.institute	Inst. Luft- und Raumfahrt	de
tub.identifier.opus4	4078
tub.publisher.universityorinstitution	Universitätsverlag der TU Berlin	en

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