06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

Permanent URI for this collectionhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/7

Browse

Filters

2006 - 200912020 - 20241

Settings

Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Aerodynamik und GasdynamikSubject: search.filters.subject.500

Search Results

Now showing 1 - 2 of 2
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Experiments on laminar separation bubbles under inflow conditions of atmospheric turbulence
    (2024) Greiner, Michael; Krämer, Ewald (Prof. Dr.-Ing.)
    Natural laminar flow (NLF) airfoils have been largely responsible for the performance advances of today's general aviation aircraft and wind turbines. In the design of these airfoils, atmospheric turbulence has received little attention, although specific atmospheric conditions are often present during their operation. One reason for this is that the effect of atmospheric turbulence on the boundary layer, and in particular on laminar separation bubbles (LSB), has only been possible to be estimated from experience. This study addresses this issue based on the example of sailplanes. In the first part of this work, the inflow conditions during typical cross-country flights of sailplanes are studied. Avoiding laminar separation bubbles at high lift coefficients is one of the challenges in the design of NLF airfoils. Therefore, the focus is on circling in thermals and thus on the convective boundary layer of the atmosphere. Continuous measurements of free-stream turbulent velocity fluctuations have been made during cross-country flights, with resolutions well into the dissipation range of the turbulence spectrum. The second part studies the effect of free-stream turbulence on mid-chord laminar separation bubbles that may appear on the upper surface of low speed NLF airfoils typically used in general aviation or wind turbines. For this purpose, the relevant conditions found in the first part were transferred to the Laminar Wind Tunnel (Re = 880,000, Tu = 0.01%-0.38%) for detailed experimental investigation. A distinction is made between small-scale turbulence, which acts via the classical vortex receptivity, and large-scale turbulence, which corresponds to inflow angle fluctuations and acts on the evolution of the boundary layer via the transient change in stability properties. The insights gained in flight permit the modelling of the free stream turbulence to be expected in flight through the convective atmosphere. The results of the wind tunnel experiments allow to better regard these turbulent conditions during the design of NLF airfoils.
  • Thumbnail Image
    ItemOpen Access
    Divergenzkorrekturen und asymptotische Untersuchungen bei der numerischen Simulation idealer magnetohydrodynamischer Strömungen
    (2006) Kemm, Friedemann; Munz, Claus-Dieter (Prof. Dr.)
    Es werden Lösungsansätze für zwei wesentliche Problembereiche bei der Simulation kompressibler idealer magnetohydrodynamischer Strömungen entwickelt: - Schwach kompressible Strömungen, - Auftreten magnetischer Monopole in der numerischen Lösung. Für den erstgenannten Problembereich wird ein Ansatz aus der schwach kompressiblen Gasdynamik für die MHD adaptiert. Es werden Methoden der asymptotischen Analyse verwendet, um den Übergang von der Kompressibilität zur Inkompressibilität zu untersuchen. Aufgrund der Ergebnisse der Analyse wurden Vorschläge für numerische Verfahren entwickelt. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, daß sich im Fall kleiner Machzahlen die Konstruktion eines Verfahrens aus der schwach kompressiblen Gasdynamik für die MHD direkt übernehmen läßt. Nun wird eine MHD-Strömung aber auch dann schwach kompressibel, wenn die Alfvenzahl klein wird. In dieser Arbeit wird nun gezeigt, daß auch für den Fall kleiner Alfvenzahlen sowohl für den eindimensionalen Fall als auch für zweidimensionale Spezialfälle mithilfe der Mehrskalenanalyse der Übergang zur Inkompressibilität untersucht werden kann. Hieraus wird jeweils die Konstruktion eines numerischen Verfahrens abgeleitet. Dieses kann auch als Vorlage für Verfahren dienen, welche allgemeine dreidimensionale Strömungen kleiner Alfvenzahl approximieren, aber der gewählten Analysis nicht zugänglich sind. Für das Problem magnetischer Monopole werden in der vorliegenden Arbeit Methoden konstruiert, welche die Divergenzbedingung an das Magnetfeld zu einem inhärenten Teil des Evolutionsoperators machen. Hierfür wird der GLM-Ansatz für das elektrische Feld bei den Maxwellgleichungen auf die MHD übertragen und um eine neue, die gemischte GLM-Korrektur, erweitert. Es gelingt, ein allgemeines Modell aufzustellen, das neben der GLM-Korrektur auch die Powell-Korrektur als Spezialfall enthält. Überdies lassen sich verbesserte Versionen der Powell-Korrektur angeben. Der Ansatz wird anhand eines reduzierten Testsystems entwickelt und ist so allgemein, daß er wiederum auf die Maxwellgleichungen angewandt werden kann. Für die zu wählenden Parameter werden auf analytischem Wege Schätzungen hergeleitet, welche die Wirksamkeit der jeweiligen Divergenzkorrekturmethode optimieren. Die theoretischen Vorhersagen werden mittels numerischer Tests sowohl für das Testsystem als auch für die volle MHD verifiziert.