Dynamische Analyse instationärer Vorgänge bei der transsonischen Profilumströmung

Studienarbeit aus dem Jahr 2008 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik, Note: 1,0, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Stoßwellenlabor), Sprache: Deutsch, Abstract: Bei der Umströmung des überkritischen BAC3-11 Profils mit scharfer Hinterkante werden Wellen beobachtet, welche nahe der Hinterkante des Profils entstehen und sich stromauf im Unterschallfeld ausbreiten. Durchgeführte Druckmessungen belegen den instationären Charakter dieser Wellen, wobei Wellenfrequenzen in der Ordnung von 1-2 kHz gemessen wurden. Erste Ergebnisse zur Wellenentstehung deuten auf eine nichtlineare Überlagerung unterschiedlicher Wellenpakete hin, die auf komplexe Wirbel/Wirbel bzw. Wirbel/Hinterkante Interaktionen zurückzuführen sind. Ein Einfluss der beobachteten Wellenprozesse auf die laminar/turbulente Transition in der Grenzschicht ist nicht ausgeschlossen. In vorherigen Arbeiten wurde im Rahmen einer statistischen Analyse der gemessenen Druckschriebe die Kreuzkorrelation zur Berechnung der Wellengeschwindigkeit eingesetzt. Die direkte Kreuzkorrelation zweier Signale stellt die einfachste und meistverwendete Methode zur Berechnung der Wellengeschwindigkeit dar. Bei nicht monotonen und sehr kurzen Signalen ist die Verwendung der Kreuzkorrelation zur Berechnung der Wellengeschwindigkeit jedoch problematisch. Da es sich bei den vorliegenden Druckschrieben um die Überlagerung verschiedener Wellenpakete unterschiedlicher Frequenzen handelt, führen kleine Änderungen wie z.B. die Länge des ausgewerteten Druckschriebs zur Änderung der ermittelten Wellengeschwindigkeiten.

Im ersten Teil der Studienarbeit werden deshalb zum einen die Abhängigkeit der mithilfe der Kreuzkorrelation ermittelten Wellengeschwindigkeit vom spektralen Inhalt der Druckschriebe genauer untersucht. Hierzu besteht die Möglichkeit, die verschiedenen im Signal enthaltenen Frequenzen durch geeignete Filterung zu trennen und anschließend die jeweiligen Wellengeschwindigkeiten zu berechnen. Somit kann auf die Frequenzabhängigkeit der Wellengeschwindigkeiten geschlossen werden. Da sich der spektrale Inhalt der Druckschriebe zeitlich verändert, wird die Stationarität der berechneten Wellengeschwindigkeit innerhalb der Messphase unterscuht. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit erfolgt eine lokale Analyse der Druckschriebe sowie der Heißfilmschriebe mittels Wavelet-Transformation.

Aus der Wavelet-Transformation lassen sich Erkenntnisse über lokale Ereignisse im Signal gewinnen, was für die Charakterisierung der beobachteten hochinstationären Wellenprozesse insbesondere im Hinblick auf den Welleneinfluss auf die laminar/turbulente Transition von großer Bedeutung ist.