Propellermaschinen sind selbst im heutigen "Jet-Zeitalter" für eine Vielzahl von Einsatzarten unerlässlich. Um deren Aerodynamik und Flugverhalten zu verbessern, haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) nun eine neue lasergestützte Messtechnik entwickelt. Mit deren Hilfe können im Windkanal die Wirbel- und Scherschichten im direkten Propellernachlauf analysiert werden.
Von Regionalverkehrsflugzeugen bis hin zu großen Transportern werden Propellerantriebe auch heute noch wegen ihrer hohen Schubeffizienz im Unterschall-Geschwindigkeitsbereich genutzt. Für die Entwicklung neuartiger Propellergeometrien ist allerdings ein detailliertes Verständnis der hoch instationären Umströmung und des Nachlaufes von Propellern unter den verschiedenen Bedingungen nötig, die im regulären Flugbetrieb und in dessen Grenzfällen auftreten können.
Die nun vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte berührungsfreie optische Messtechnik "Particle Image Velocimetry" (PIV) ist ein Laser-Lichtschnittverfahren und ermöglicht die momentane Messung eines ganzen Geschwindigkeitsfeldes in einer Ebene der Strömung. In einer phasenstarren Messung konnten die DLR-Experten unlängst sogar die Wirbel- und Scherschichten im direkten Propellernachlauf deutlich sichtbar machen. Die Analyse dieser Felddaten eröffnet neue Einsichten in die flugdynamischen Eigenschaften von Propellerströmungen und liefert strömungsmechanische Messgrößen für die Validierung und Weiterentwicklung numerischer Simulationsverfahren.
Bei dem PIV-Messverfahren werden dem umströmenden Medium Partikel hinzugegeben, die in der zu untersuchenden Ebene mittels eines so genannten Lichtschnittes in einem Abstand von wenigen Mikrosekunden beleuchtet werden. Das Streulicht der Partikel wird mit optischen (digitalen) Sensoren aufgenommen. Aus dem Versatz der Partikelmenge zwischen den Belichtungszeitpunkten kann somit ein Geschwindigkeitsvektorfeld bestimmt werden.
Die Wissenschaftler nutzen die PIV-Messtechnik in Mikroströmungen und Ebenen über drei Quadratmeter und mit Geschwindigkeiten von wenigen Millimeter pro Sekunde bis zu einem Kilometer pro Sekunde. Das DLR verwendet die PIV-Messtechnik in industriellen Windkanälen und verschiedenartigen Anwendungen der Strömungsmechanik.
(DLR, 14.03.2006 – AHE)
