Projekte

Open Vario

Das Projekt OpenVario bekommt eine eigene Seite.

Überziehversuche im Windkanal

Im Oktober 2014 konnten die Windkanalmessungen zur Evaluation der Ergebnisse vom Sommertreffen unter Laborbedingungen stattfinden, bei denen der Anstellwinkel über den erfliegbaren Bereich hinaus ausgedehnt werden kann.
Zu diesem Zwecke wurde ein vorhandenes Flügelsegment zur Zuordnung des Flugzustandes mit einem Druckmessschnitt versehen und anschließend in einer Halbmodellanordnung auf der Drehscheibe im Messstreckenboden montiert. Der Druckhandschuh aus dem Flugversuch fand seinen Platz direkt auf der Bodenplatte. Ein integrierender Pitotrechen im Nachlauf diente zur Abschätzung des Widerstandsbeiwertes.
Es ergaben sich zunächst sehr gut reproduzierbare Auftriebskurven mit deutlichem Einbruch nach dem Maximalauftrieb. Nach oben endet die Laminardelle mit recht kontinuierlichem Widerstandszuwachs, ohne die aus der Rechnung gewohnte Stufe. Das untere Laminardellenende ist etwa beim Nulldurchgang des Auftriebs auszumachen.
Die Druckbohrungen auf dem Handschuh liefern eine Kurvenschar von Druckbeiwerten über dem Anstellwinkel. Kurven, die sich am gewünschten Punkt mit möglichst großem Gradienten schneiden, markieren günstige Kombinationen von Bohrungspositionen für die Überziehwarnung. Der rechnerisch vorhandene zweite Nulldurchgang tritt bei negativen Auftriebsbeiwerten auf, also im Rückenflug. Mithin konnte er im Freiflug gar nicht gefunden werden.

Messhandschuh auf der Bodenplatte

Messhandschuh auf der Bodenplatte

Aufbau im NWK

Aufbau im NWK

Sondermessprojekt zur Auswertung der Druckverteilung an der Flügelwurzel für eine Überziehwarneinrichtung

Als Konsequenz aus den zum Wintertreffen dargelegten Überlegungen zur Auswertung des Vorzeichens des Druckgradienten an der Flügelnase für eine Überziehwarnung wurde im Rahmen des 2014-er Sondermessprojektes die Druckverteilung, die der Flügel dem Rumpf aufprägt, in Abhängigkeit vom Anstellwinkel bestimmt und auf ihre Brauchbarkeit für Warneinrichtungen hin untersucht.
Da der Nulldurchgang von Differenzdrücken unabhängig vom Staudruck ist, würde die Warnung für alle Flächenbelastungen und Lastvielfache beim gleichen Anstellwinkel auslösen.
Außerdem sind die Positionen von vorderem Staupunkt und Saugspitze bei einsetzendem Überziehen weitgehend unbeeinflusst von einem etwaigen Wölbklappenausschlag, sodass eine darauf basierende Überziehwarnung a priori für alle Klappenstellungen gleichermaßen funktionieren würde.
Die Messausrüstung bestand aus einem um die rechte Flügelwurzel gelegten bumerangförmigen Druckhandschuh sowie der mittlerweile bewährten Gesamtfluglagesonde an der linken Flügelspitze. Die Daten wurden in diesem Jahr auf althergebrachte Weise mit einem Laptop aufgezeichnet.
Im Ergebnis von insgesamt vier Versuchsflügen konnten geeignete Kombinationen von Messbohrungen gefunden werden, zwischen denen der Druckunterschied beim gewünschten Anstellwinkel durch Null geht. Ein in der Rechnung auftretender zweiter Nulldurchgang im Schnellflug zeigte sich jedoch nicht.
Es wäre nun vorstellbar, mit zwei einfacheren Handschuhen mit nur je zwei Druckbohrungen die Tauglichkeit einer entsprechenden Warneinrichtung im täglichen Flugbetrieb zu überprüfen. Als nächster Schritt steht aber eine kleine Windkanalkampagne zur Evaluation der Messdaten an, bei der der Anstellwinkel über den fliegbaren Bereich hinaus ausgedehnt werden kann.
Weiterhin wurde noch der Frage nach der Empfindlichkeit des Haubenfadens zur Schiebewinkelbestimmung nachgegangen. Der Ausschlag des auf eine Winkelmesserfolie geklebten Fadens ließ sich leicht mit der ohnehin installierten Fluglagemessung vergleichen. Es konnte bestätigt werden, dass die Querströmung über den Rumpf den Faden etwa um den doppelten tatsächlichen Schiebewinkel ausweht. Die Empfindlichkeit des viel diskutierten Seitenfadens gegen den Anstellwinkel ist, besonders an der vorderen Haube eines Doppelsitzers, etwas geringer.
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Untersuchung der laminaren Ablösung im Rumpfbereich

Am vorgestrigen Sonntag war am Rande eines der letzten gemütlichen allgemeinen und Schulungsflugbetriebe des Jahres (es gab sogar noch einen dreiviertelstündigen Thermikflug) Gelegenheit für ein kleines aerodynamisches Experiment. Mit Öl, Ruß und Petroleum rückten wir dem spannweitigen Verlauf der laminaren Ablösung und des turbulenten Wiederanlegens auf den Leib (und anschließend mit Spiritus und Papiertüchern der öligen Rußschicht). Hintergrund ist eine deutliche Diskrepanz in der Umschlagslage zwischen Windkanalversuch und Freiflug. Als Ursache kam neben der Versperrung der Offenen Messtrecke des Kanals auch eine Verdrängungswirkung des Rumpfes in Frage, der dem Flügel seine Druckverteilung aufprägt. Diese wiederum müsste mit zunehmender Spannweite abklingen und sich in einer Krümmung der Umschlagslinie niederschlagen.
Eigentlich wäre das Mittel der Wahl für eine Untersuchung hier die Thermographie, mit der wir schon umfangreiche Erfahrungen sammeln durften. Jedoch lässt sich dieser Aufwand nicht mal so nebenbei am Sonntag auf dem Flugplatz treiben; der Anstrichversuch hingegen schon. Man bestreicht die zu untersuchende Oberfläche einfach mit einem Gemisch aus Öl, Ruß und Petroleum und setzt sie der Strömung aus. Beim Verlaufen zeichnen sich die Strukturen der Wandstromlinien ab und man kann besonders deutlich Ablösungen und Wiederanlegelinien erkennen.
So wagten wir eine kleine Abweichung von der SBO-üblichen Vorgehensweise, um der „Suppe“ keine Gelegenheit zum vorzeitigen Herunterlaufen zu geben: Nachdem die Besatzung eingestiegen war, wurde das Seil eingehängt, das Flugzeug bis „straff“ zurückgeschoben und die Winde vorgewarnt. Erst danach wurde das Ruß-Öl-Petroleum-Gemisch auf dem rechten Innenflügel aufgetragen, mit der Rolle schön gleichmäßig verteilt und los ging´s. Bei nur sehr vorsichtigem Ziehen war in etwas mehr als 400m die Auskuppelhöhe erreicht, und wir konnten beim Abgleiten den traumhaften Ausblick über die sonnenbeschienene bunte Herbstlandschaft der Lausitzer Seenplatte genießen. Um unnötige Flugzustandsänderungen zu vermeiden, glitten wir in einer erweiterten Platzrunde ohne Kreise sanft wieder zum Startplatz zurück. Der Sei(t/d)enfaden sollte dabei helfen, den Anstellwinkel etwa auf dem Wert vom Start zu halten.
Sofort nach der Landung ergriffen eine ganze Anzahl von Insekten den geschwärzten Oberflächenbereich, der offenbar in der Sonne etwas wärmer war als die Umgebung – oder sie wollten am noch nicht ganz verdunsteten Petroleum schnüffeln.
Eine deutliche Krümmung der Transitionslinie hin zum Rumpf ließ sich indessen nicht ausmachen, lediglich den bekannten Turbulenzkeil ganz an der Wurzel kann man erahnen. Insofern ist der Windkanal als Hauptschuldiger ausgemacht.
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Sommertreffen 2013

Die Umströmung des Cockpitbereiches wird neben der Formgebung des Vorderrumpfes selbst und dem globalen Anstellwinkel wesentlich durch die Stromaufwirkung des tragenden Wirbels sowie den Aufstau vor der Flügelnase beeinflusst. Im Gegenzug ist für die Ausbildung des Turbulenzkeiles und des Fußwirbels an der Flügelwurzel (vgl. SMP 2009) die Dicke der turbulenten Rumpfgrenzschicht nicht ohne Bedeutung und damit die Frage, welche Wandstromlinie zum Staupunkt führt und wie lange die Strömung auf diesem Wege laminar bleibt. Hat also womöglich die Lackqualität auf der Rumpfunterseite gar Einfluss auf den Profilwiderstand? In einem ersten Ansatz wurde der Twin mit einem geeigneten Kamerahalter am Flügel ausgestattet, die eine Betrachtung aus der Perspektive schräg von unten ermöglicht. Flugversuche mit Wollfäden zeigen die Strömungsrichtung an, es treten erkennbare Änderungen mit dem Anstellwinkel auf. Besonders deutlich ist die Wanderung des Staupunktes um die Flügelnase sichtbar. Bei Anstrichversuchen hingegen machte sich der Schwerkrafteinfluss bemerkbar, der die Strömungsstruktur so stark überlagert, dass sich die Richtung der Wandstromlinien nicht mehr erkennen lässt. Sehr deutlich ist hingegen der Abdruck des Fußwirbels, der sich um die Flügelwurzel legt. Nebenbei wurde noch der Frage nachgegangen, inwieweit ein nicht ganz in der Mitte aufgeklebter Wollfaden die Schiebewinkelanzeige verfälscht. Eine ganze Serie von nebeneinander angeordneten Fäden schlugen im interessierenden Bereich wirklich parallel aus, sodass eher die Frage steht, wie man den einseitigen Faden richtig anpeilt. Im nächsten Jahr sollen neue Verfahren zur Auftragung des Anstrichs im Flug erprobt, eine Abdeckung im Schlepp oder aber die Thermographie zu Hilfe genommen werden. Weitere Bilder…

Weiterführung des Projektes 2012

Im Juli 2012 erfuhr das Sondermessprojekt von Stefan Gaubisch im Rahmen einer Studienarbeit eine Neuauflage. Zur Erweiterung der Datenbasis sollten die Flüge in ähnlicher Konfiguration bei verschiedenen Wetterlagen und mit unterschiedlichen Piloten wiederholt werden. Die Anströmung wurde wie schon 2010 mit einer Gesamtfluglagesonde und vier Conradsonden untersucht. Lediglich die Inertialeinheit musste durch andere Messgeräte ersetzt werden. Während der Messphase kamen eine Reihe Messflüge zusammen, darunter auch ein Windenschlepp und ein 200km-Streckenflug. Bei einem weiteren Streckenflug wurden aufgrund einer ausgelösten Sicherung leider keine Daten aufgezeichnet. Die Auswertung der Messdaten ist momentan in Arbeit. Zu erwarten sind Erkenntnisse über Auftriebsverteilung und Böengestalt in verschiedenen Thermiksituationen; auch der F-Schlepp und der Windenstart soll genauer betrachtet werden.

Februar 2012

Im Februar 2012 ergab sich die Gelegenheit, zwei Wochen Messzeit im Windkanal auf die Untersuchung von Detailwiderständen unter Laborbedingungen zu verwenden. Mit Pitotsonden wurden die Nachläufe von Querruder-Endscheiben und Ruderanlenkhutzen vermessen, die Sichtbarmachung der Transition im Anstrichversuch geübt. Die Nachlaufdellen der Endscheiben sind gut zu erfassen, die Ruderanlenkungen führen fast nur zu einer Verschiebung des Nachlaufs; die Anstriche „verliefen“ unerwartet gut. Lage und Ausmaß der laminaren Ablöseblase entsprechen dem, was aus der Messung der Druckverteilung her zu erwarten war. Lediglich Turbulenzkeile stören das Bild. Auf der Druckseite mögen sie Zweifel aufkommen lassen, ob prähistorische Höhlenmalereien wirklich alle von unseren Vorfahren stammen.
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Sommertreffen 2011

Das Sommertreffen 2011 war vom Versuch der Durchführung eines Industrieauftrags als Sondermessprojekt geprägt. Ein Hersteller von Kameras für die Türüberwachung von Eisenbahnwagen wollte den Vergleich des Verschmutzungsverhaltens von Kameragehäusen im prestigeträchtigen Luftfahrtbereich ansiedeln. Nach erheblichen Verzögerungen bei Vorbereitung und Zulassung, die sämtlich nicht von der Akaflieg zu verantworten waren, ging der weiße Pirat doch noch auf große Kaperfahrt nach Aalen und an den Start zum SMP, das parallel zum Zacherbetrieb ablaufen konnte. Die Insekten sind uns dabei mal wieder mächtig auf den Keks gegangen, nicht jedoch in die Falle auf dem Flugzeug. Nur ein weiterer Kamerahalter auf dem Anhänger konnte auf 1200 km Fahrt noch zwei Dutzend Einschläge erzielen, womit der Auftraggeber vollauf zufrieden war. Weitere Bilder…

Sommertreffen 2010

An der Wurzel wird der Flügel von der turbulenten Rumpfgrenzschicht angeströmt, zum anderen bildet sich in der Verschneidung ein Fußwirbel aus. Folge ist ein Turbulenzkeil, der sich auf dem Flügel ausbreitet. Die Ausbildung und mögliche Beeinflussung dieses Turbulenzkeils (z.B. durch den von Prof. Boermans vorgeschlagenen Bump) sind wie geschaffen für eine Untersuchung mittels Thermographie. Außerdem wurde die Möglichkeit betrachtet, die turbulente Grenzschicht hinter einem Zaun oder in einer Art Freistich verschwinden zu lassen. Wenn es einen Sonderpreis für die abenteuerlichsten Anbauten gäbe, hätte den sich die Akaflieg DD erneut unangefochten gesichert. Bei Infratec GmbH, die das SMP wieder in großzügiger Weise unterstützten, lagerte diverses Zubehör inzwischen bereits in einer Kiste mit der Aufschrift „Flugthermographie“. Als Ergebnis stellt sich allerdings heraus, dass der Ist-Zustand nicht ohne Weiteres zu verbessern ist. Der Turbulenzkeil ist sehr begrenzt und die meisten Maßnahmen schieben ihn lediglich nach außen, vergrößern also die turbulent umspülte Fläche. Ein stumpfer Flügelanschluss am Rumpf bleibt das Mittel der Wahl.

Sommertreffen 2008

Es erfolgte eine Ergänzung der Thermographie durch Heißfilme, mit denen der Grenzschichtzustand punktuell aber zeitlich hochaufgelöst erfasst werden kann. Der Messhandschuh musste wieder aufgearbeitet und die empfindlichen Sensoren in die Oberfläche eingebettet werden. Verzichtet wurde bei der Neuauflage auf die Heizung des Handschuhs, um Platz und Zuladung für die neue Messtechnik zu gewinnen. Ein 28-fach-Heißfilm-Array wurde auf sehr unkomplizierte Weise von TAO-systems zur Verfügung gestellt; die mobilen Mehrfach-Messbrücken konnten von der Professur für Turbomaschinen und Strahlantriebe ausgeliehen werden; die IR-Kamera kam wieder von Infratec. Die Aus dem Projekt erwachsene Studienarbeit wurde sowohl mit einem DGLR-Nachwuchspreis als auch mit dem von ICAS ausgezeichnet und auf der Konferenz in Nizza vorgestellt. Weitere Bilder…

Sommertreffen 2007

Geplant waren Messungen zu grob- und feinskaliger atmosphärischer Turbulenz mit spannweitig verteilten Mehrloch- und Hitzdrahtsonden. Neben dem eiligen Zusammenharzen der Halterung für den Hitzdrahtaufbau erfolgten ausgedehnte Nachtschichten zur Kalibrierung der Sonden – die erforderlichen Druckdosen wurden Abends vom Grenzschichtwindkanal zur Kalibrierstrecke getragen und am Morgen wieder zurückgebracht. Nach den umfangreichen Vorbereitungen einschließlich eines Probeaufrüstens vor der Werkstatt endete das Sondermessprojekt mit einem verrutschten Schlauchstück an der eilig gewechselten Kraftstoffpumpe des Zugfahrzeugs bereits auf der Autobahn. Weitere Bilder…

Sommertreffen 2006

Erfolgreiche Anwendung der Thermographie zur Transitionsdetektion im Freiflug
Da der Wärmeübergang bei erzwungener Konvektion der Wandschubspannung proportional ist, kann sich bei plötzlicher Änderung des Strömungszustandes wie dem laminar-turbulenten Umschlag ein deutlicher Temperatursprung auf einer umströmten Oberfläche ausbilden. Dieser ist mit einer Wärmebildkamera gut zu erfassen.
Zunächst war es wichtig, Erfahrungen zu sammeln, wir mussten uns an die Anwendung dieser anspruchsvollen Messtechnik im Freiflug herantasten. Es wurde deshalb ein beheizbarer Handschuh vorgesehen, der unabhängig von der Sonneneinstrahlung eine gleichmäßige Wärmelast erzeugt. Ein großes Stativ über dem Rumpf trug die IR-Kamera, welche großzügigerweise von Infratec zur Verfügung gestellt worden war. Die Stativrohre waren kurzfristig bei der IMA gewickelt worden.
Ein deutlicher Aha-Effekt stellte sich ein, als die Transition mit steigender Fahrt stromab wanderte. Ursache ist der dominante Einfluss der Druckverteilung gegenüber der Re-Zahl; die Lage des Hauptdruckanstiegs hängt vom Anstellwinkel und damit der Fluggeschwindigkeit ab.
Das Ergebnis war eine preisgekrönte Studienarbeit, ausgezeichnet mit dem DGLR-Nachwuchspreis.
Für weitere HLW-Messungen und Überziehversuche am Bocian wurde die Messtechnik mit pneumatischen Sonden und Leitwerkskamera vom Vorjahr übernommen.
Anlauf genommen wurde außerdem zum Thema „grobskalige atmosphärische Turbulenz“ beim Thermikflug. Die vorhandenen Mehrlochsonden wurden über die Spannweite des Holzstorches verteilt. Leider endete das Projekt mangels Zeit und geeigneten Wetters in dem Jahr nach einem morgendlichen Kalibrierflug.Weitere Bilder…

Sommertreffen 2005

Der Höhenleitwerkswirkungsgrad blieb beherrschendes Thema und wurde diesmal am Super-Blanik mit T-Leitwerk untersucht. Ferner erfolgte ein Umstieg auf pneumatische Sonden ohne bewegliche Teile. Für die Ermittlung der Gesamtfluglage kam eine neuartige 4-Loch-Kegelsonde zum Einsatz; die mathematische Formulierung der Kalibrierfunktionen bereitete zunächst allerdings noch Probleme.
Überziehversuche fanden erneut statt, mit einer Industriekamera, ausgeliehen vom Hersteller KWD, auf dem Leitwerk als natürlichem Stativ. Durch den direkten Anschluss an den Messrechner konnten Bild- und Flugzustandsdaten synchron aufgezeichnet werden. Zur Visualisierung wurden neben Wollfäden auch Kassettenbänder ausprobiert, die sich bei anliegender Strömung besser unter der Grenzschicht verstecken sollten.
Der zur Stromversorgung der Kamera erforderliche Leitungsverstärker (fire-wire-repeater) war im Fachhandel nur erhältlich, wenn man dem Verkaufspersonal sagte, wo er liegen musste. Weitere Bilder…

Sommertreffen 2003

Zum Sommertreffen 2003 erschien die Akaflieg Dresden erstmals mit einem Sondermessprojekt auf dem Sommertreffen. Bei der ersten Vorauslegung des Prototypen D-B 11 waren Fragen aufgetreten, welche Modelle für den Höhenleitwerkswirkungsgrad und das Überziehverhalten die geeignetsten seien. Es wurde daraufhin kurzerhand eine praktische Untersuchung am Bocian in Angriff genommen. Zur Strömungswinkelmessung wurden Windfahnen eingesetzt, Wollfäden auf dem Flügel aus dem Cockpit gefilmt. Für Voruntersuchungen zur Empfindlichkeit und Stabilität der Messanbauten wurde bereits damals auf den Windkanal zurückgegriffen. Die großzügig dimensionierten Windfahnen hatten keine Probleme, auch sehr schwergängige Potentiometer zu bewegen.