Flächige und räumliche Strömungsmessverfahren

• Research unit: AR
• Project number: R-3210/043-02

Key words (German)

Windkanaltechnik, Versuchstechnik, Auswerteverfahren

Short description (German)

Laufende Weiterentwicklung und Verbesserung der eingeführten Windkanaltechnik. Grundlagenabklärungen zu neuen Mess- und Auswerteverfahren anhand theoretischer Untersuchungen und praktischer Versuche.

Partners and International Organizations (German)

Vertragnehmer:  

- RUAG Aerospace

Mitarbeitende Stellen:

- ETHZ Institut für Fluiddynamik
- CIRA

Koordinationsfragen abgeklärt mit folgenden Stellen:

Description of results (German)

Forschungsberichte:

Titel: Correlation of Hand Book Method Results with Wind Tunnel Data for a subsonic UAV Design,
SAE Paper b2008-01-2233
Autor: Stefan von Bergen, Jürg Müller
Ausgabedatum: 08.2008

Titel: The Influeence of Motion Aerodynamics on the Simulation of Vehicle Dynamics, SAE Paper 2008-01-0657
Autor: Jürg Müller, Peter Aschwanden
Ausgabedatum: 04.2008

Titel: Challenges in Wind Tunnel testing Dynamic Model Testing (Presentation at FKFS Workshop in October 2007)
Autor: Jürg Müller, Peter Aschwanden
Ausgabedatum: 10.2007

Titel: Assessment of the Aerodynamic Load Distribution of a Race Car under the Influence of Model Motion by Use of Non-Static Wind Tunnel Tests (MIRA Paper, 6th MIRA International Vehicle Aerodynamics Conference, 25./26. Oktober 2006)
Autor: Peter Aschwanden, Jürg Müller, Reiner Müller (Porsche AG)
Ausgabedatum: 10.2006

Titel: Wind Tunnel Interference Corrections for Race Car Testing (MIRA Paper, 6th MIRA International Vehicle Aerodynamics Conference, 25./26. Oktober 2006)
Autor: Jürg Müller und Edzard Mercker (aem-GmbH)
Ausgabedatum: 10.2006

Titel: Wind Tunnel Simulation of Propeller Effects in the A400M FLA-4 Model (AIAA Paper, 41st AIAA Aerospace Joint Proposal Conference & Exhibit, Tucson, AZ, USA, July. 10-13, 2005)
Autor: Jürg Müller and Marianne Aschwanden
Ausgabedatum: 07.2005


Titel: Low Speed PSP Measurements on an Ice Accretion Shaped Model (AIAA Paper, 41st AIAA Aerospace Conference & Exhibit, Reno, NV, USA, Jan. 6-9, 2003)
Autor: Marianne Guille et al.
Ausgabedatum: 01.2003

Titel: ONERA AFIX2 PSP Software Evaluation Results (RA-TA-03-0189)
Autor: Witold Zglinski (ETHZ Praktikant)
Ausgabedatum: 10.2003

Titel: Application of PSP in ISL S20 Supersonic Wind Tunnel
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: in Bearbeitung

Titel: RUAG-CIRA joint PSP Tests on the F18 model in RUAG 7 x 5 m2 Subsonic Wind Tunnel
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: in Bearbeitung

Titel: Tests of Electroluminescent Foil and PSP Combination in RUAG 7 x 5 m2 Subsonic Wind Tunnel
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: in Bearbeitung

Titel: Kalibrierung und Protokoll der Inbetriebnahme des Model Wind Tunnel Emmen (RA-Bericht TA-2300)
Autor: Jean Christophe Haag
Ausgabedatum: 14.08.2002

Titel: Study about Aircraft Model Support Corrections in the Wind Tunnel
Autor: Christian Oram
Ausgabedatum: in Bearbeitung (Sept 02)

Titel: CIRA-RUAG Aerospace Joint PSP Research Activities: Work Package 2 Final Results
Autor: Marianne Guille et. al
Ausgabedatum: in Bearbeitung

Titel: Wind Tunnel Tests on the Calibration Wing for Evaluation on Modifications to the PSP System (RA-TA2001-A-3449)
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: 04.2001

Titel: Numerische Simulation der Strömung um ein Fahrzeug im Windkanal (RA-Bericht-2284)
Autor: Christoph Gerber
Ausgabedatum: 10.2001

Titel: Pressure Sensitive Paint Measurement System (SF-TA2000-A-3436)
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: 05.09.2000

Titel: SF calibration wing: PSP and TSP tests in the 7x5m2 subsonic wind tunnel (SF-TA2000-A-3427)
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: 30.05.2000

Titel: PSP Results for the Pilatus PC21 Wind Tunnel Tests (SF-TA2000-A-3433) Firmenvertraulich
Autor: Marianne Guille
Ausgabedatum: 25.08.2000

Titel: AtlasV: PSP Versuch im Transonikkanal (SF-TA2000-A-3420)
Autor: Jürg Müller
Ausgabedatum: 18.02.2000

Titel: Error Analysis of the Pressure Sensitive Paint Technique (ETHZ Diplomarbeit)
Autor: Florian Reitz
Ausgabedatum: 03.2000

Titel: Aufbau und Evaluierung eines 'Mini-Tuft'-Systems am Windkanal der SF in Emmen (SF-TA2000-A-3435)
Autor: Patrick Lochmatter
Ausgabedatum: 27.08.2000

Titel: Entwurf eines Modellwindkanals (SF-TA2000-3425)
Autor: Nicholas Brichet
Ausgabedatum: 03.2000

Titel: Eichung 5-Lochsonden (REP TF-2154)
Autor: Wyss Cäsar
Ausgabedatum: August 1999

Titel: Application of Pressure Sensitive Paint in the SF 7 x 5 m2 Subsonic Wind Tunnel (REP SMA-2183:)
Autor: Wildi Jürg
Ausgabedatum: Oktober 1999

Titel: Bestimmung der Teilchengrösse für Verschmutzungsversuche (TA-A-3405:)
Autor: Affolter Hans
Ausgabedatum: Bericht in Arbeit, Ausgabe Nov. 1999

Titel: Entwicklung eines neuen X-Elementes für Stingwaagen (REP SMA-2192)
Autor: Nyfeler Eugen
Ausgabedatum: Bericht in Arbeit, Ausgabe Nov. 1999

Technology Assessment (German)

Der Windkanal hat als Werkzeug in der Entwicklung von Flugzeugen und Flugkörpern nach wie vor eine grosse Bedeutung. Rechenverfahren und Windkanal ergänzen sich, die Strömungsberechnung hat Versuche nicht - wie vor einigen Jahren gelegentlich vertreten wurde - überflüssig gemacht. Die heutige Aerodynamikentwicklung verlangt nach präzisen und effizienten Versuchseinrichtungen und Rechenverfahren. Diese werden vermehrt im Verbund eingesetzt, sowohl um die Aussagekraft der Ergebnisse zu erhöhen wie auch um die Effizienz bezüglich Entwicklungszeit und Kosten zu steigern.
Im Bereich Flugzeugentwicklung bestehen seit Jahren genügend viele Windkanäle. Wenige neue Kanäle werden zur Zeit für Sonderaufgaben wie z.B. zur Simulation von Vereisung gebaut (CIRA Italien) oder sind vor kurzem in Betrieb genommen worden. Eine stattliche Anzahl älterer Kanäle werden mit grossem Aufwand erneuert und/oder die Messausrüstung erweitert. In Europa und USA sind in den letzten Jahren einige ältere, nicht sehr leistungsfähige Kanäle in Flugzeugfirmen und Forschungsorganisationen stillgelegt worden.

- Die heutige Windkanalversuchstechnik liefert dem Kunden in der Regel Resultate in genügender Genauigkeit. Aktuelle Entwicklungstrends zielen auf
- höhere Produktivität in Vorbereitungs-, Mess- und Auswertephase (= Leistung / Zeit)
- möglichst viel On-Line-Information
- kurze Durchlaufzeiten (bei Modellkonstruktion, Modellbau, Messinstallation, Versuchs-durchführung, Auswertung)
- niedrige Kosten

In den USA wird die Windkanaltechnologie im Flug- und Raumfahrtbereich technisch von der NASA angeführt und koordiniert. Firmen verfügen über eigene Windkanäle als möglichst effiziente Arbeitsinstrumente, die Technologieentwicklung findet bei NASA und nur ausnahmsweise in Firmen statt. In Europa laufen zur Zeit Bemühungen im Rahmen der europäischen Forschungsorganisationen, der europäischen Flugwissenschaftlichen Vereinigungen (CEAS) sowie der Vereinigung der europäischen Luft- und Raumfahrt-industrie (AECMA), Neuentwicklungen zu koordinieren. Leider ist die Schweiz nur bei CEAS am Rande vertreten.

In der Fahrzeugentwicklung nehmen Windkanäle eine noch wichtigere Rolle ein als in der Luft- und Raumfahrt. Neue Windkanäle wurden sowohl für 1:1 als auch Modellversuche kürzlich in Betrieb genommen (AUDI) oder ältere Kanäle weitgehend modernisiert (Ford, VW). Auch sind neue Kanäle geplant (Chrysler). Eine besonders grosse Aktivität zur Erstellung neuer Kanäle ist zur Zeit im Autorennsportbereich im Gang, hier spielt die Geldfrage offenbar nur eine sekundäre Rolle, der Windkanal ist Prestige- und Showobjekt neben dem technischen Tool.
In der Personenfahrzeugentwicklung haben neben der "klassischen" Aerodynamik (Optimierung von Kräften) die Aspekte Strömungslärm und Verschmutzung eine ebenso hohe Gewichtung. Die Vielfalt der Anforderung öffnet für einzelne Kanäle Nischen, die selbst von Firmen, die eigene Kanäle betreiben, genutzt werden.

Messtechnik:

Das Schwergewicht in der Messtechnik zielt auf die Entwicklung von flächigen und räumlichen Messverfahren. Bei den flächigen Verfahren geht es darum, Strö-mungsinformationen entweder auf der Körperoberfläche (Druck, Geschwindigkeit in Betrag und Richtung) oder in einer Schnittebene der freien Strömung zu generieren. Dabei stehen verschiedene Verfahren wie Mehrfachsonden, Oberflächenanstriche oder PIV (Particle Image Velocity, ein Laserlichtschnittverfahren) zur Verfügung. Mit den räumlichen Verfahren wird versucht, Information in einem begrenzten Raum der freien Strömung zu generieren. Hier kommen konventionelle Sonden und optische Verfahren zur Anwendung. Generell stellen diese Verfahren hohe Anforderungen an die Messwerterfassung und Auswertung, da grosse Datenmengen anfallen und die Resultate möglichst On-Line übersichtlich dargestellt werden sollten.