Experimental analysis of the flow over an owl-based wing geometry

Durch den starken Anstieg des global Transports von Personen und Waren, und den dadurch verursachten Anstieg des globalen Luftverkehrs, ist die Zahl der startenden und landenden Flugzeuge in den letzten Jahren stark angewachsen. Um das gesteigerte Verkehrsaufkommen bewältigen zu können, mussten außerdem die vorhandenen Flughäfen ausgebaut werden. Durch die zusätzliche Globalisierung leben immer mehr Menschen im direkten Umfeld von Flughäfen. Da zusätzlich die Start- und Landezeiten bis in die Nacht ausgedehnt wurden, hat die Lärmbelästigung der Anwohner stark zugenommen. Die Reduzierung des Fluglärms ist daher eine wichtiger Aspekt für Flughäfen und das Design zukünftiger Flugzeuge. Aufgrund intensiver Forschung konnte die Lärmentwicklung von Flugzeugtriebwerken in den letzten Jahrzehnten stark reduziert werden. Dies führte allerdings dazu, dass Geräusche, die durch die Interaktion der Strömung mit festen Oberflächen oder scharfen Kanten, wie z. B. an Flügeln, entstehen, immer deutlicher hervortreten. Um diese effektiv zu reduzieren, müssen neue Konzepte für das Design von Flügeln, Leitwerken und Rumpf gefunden werden. Ein gutes Vorbild hierfür ist die Eule, die aufgrund ihres speziellen Jagdverhaltens auf einen nahezu lautlosen Flug angewiesen ist. Im Laufe der Evolution haben sich an Flügel und Federn spezielle Anpassungen ausgebildet, die Fluggeräusche effektiv unterdrücken. Zum einen unterscheidet sich der Flügel der Eule von anderen Vogelarten durch seine spezielle Geometrie, die sich aus dem Grundriss, die Dickenverteilung und die Wölbungslinie zusammensetzt. Zum anderen ist sowohl die Oberfläche als auch die Vorder- und Hinterkante des Flügels an die besonderen Anforderungen des leisen Flugs angepasst. Diese speziellen Strukturen interagieren direkt mit der wandnahen Strömung und beeinflussen dadurch die Aerodynamik des Flügels. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Verständnis der Aerodynamik, die zur Reduzierung der Geräuschemission führt, zu vertiefen. Zur Untersuchung der Umströmung wurden verschiedene Flügelmodelle konstruiert, deren Form vom natürlichen Flügel der Schleiereule (Tyto alba) abgeleitet wurde. Um das Strömungsfeld für die ersten Untersuchungen der neuen Geometrie zu vereinfachen, wurde ein Flügel mit konstantem Querschnitt gebaut, dessen Umströmung in der Mittelebene zweidimensional ist. Anschließend wurde die Umströmung eines dreidimensionalen Flügelmodells untersucht. Sowohl im drei- als auch im zweidimensionalen Fall wurde das Strömungsfeld eines Flügelmodells mit glatter Oberfläche als Referenzfall gemessen. In nachfolgenden Messungen wurden verschiedene flexible Oberflächenstrukturen auf die Flügelmodelle aufgebracht. Die spezielle Vorderkantengeometrie wurde nur am dreidimensionalen Flügelmodell untersucht. Das Strömungsfeld wurde mittels verschiedener Messtechniken erfasst. Für die Untersuchungen des zweidimensionalen Flügels wurden die Ölanstrichtechnik, Druckmessungen und die Particle Image Velocimetry benutzt. Im Falle des dreidimensionalen Flügels wurde aufgrund der Komplexität der Geometrie ausschließlich die Particle-Image Velocimetry eingesetzt. Die Messergebnisse machen den Einfluss der speziellen Anpassungen der Eulenflügels deutlich. In dieser Arbeit werden die zwei- und dreidimensionalen Strömungsfelder miteinander verglichen und die Messergebnisse, die den Einfluss der speziellen Anpassungen des Eulenflügels verdeutlichen, werden diskutiert.