VL01: Aerodynamische Grundlagen

Question 1

Potentialtheorie + Beispiele

Answer 1

• Trennung der realen Strömung in eine reibungsfreie Strömung und eine reibungsbehaftete Komponente
• reibungsfreie Strömung => Wirbelstärke ∇xV=0
  mit V der Geschwindigkeitsvektor
• Beispiele:
  Axialsymmetrische Düsenströmung
  Anliegender Kopfstoß mit Parallelströmung hinter dem Stoß (Keil oder sehr schlanker Körper)
  NICHT: Grenzschichtströmung
  NICHT: Abgelöster Kopfstoß mit gekrümmter Stoßfront

Question 2

Potentialtheorie kleiner Störungen

Answer 2

• kleine Störung = schlanke Körper
• numerische Lösung der Potentialgleichung sehr einfach
• Potentialtheoretisch geprägte Strömungen sind einfach (linear) zu beschreiben und lassen die Überlagerung von verschiedenen Effekten zu (Quellen, Senken, Zirkulation)

Question 3

Veränderung der Zustandsgrößen mit Änderung der Fläche

Answer 3

Unterschiedliche Auswirkung von Flächenänderungen bei Unterschallströmung und Überschallströmung:
- bei Unterschall: A ↑ => p ↑
- bei Überschall: A ↑ => p ↓

Question 4

Grenzen der Diffusorströmung

Answer 4

• Statischer Druckanstieg entlang der Lauflänge
• Massenstrom mit geringer kinetischer Energie / Impuls nahe der Wand = Grenzschicht
• Bei zu hohem Druckanstieg: Richtungsumkehr der wandnahen Strömung = Ablösung
• tan⁡(α)=(∂u/∂y)_W ; wenn α=90° -> Ablösung

Question 5

Kennfeld der Prandtl‘schen Grenzschicht (Hourmouziadis)

Answer 5

• x-Achse: Acceleration Parameter AC
• y-Achse: Reynoldszahl
• Ziel, das Gitter so auslegen, dass der Acceleration Parameter mit der gegebenen Reynoldszahl nicht in die Ablösungsbereiche geht

Question 6

Machzahlverteilung und Grenzschichtentwicklung auf einem Turbinenprofil

Answer 6

Generische Aussage:
Verzögerung = Starker Grenzschichtaufbau
Beschleunigung = Grenzschichtabbau

Beim Graph Ma vs. Sehne (s): da wo Ma-Zahl/Geschw. runter -> Druck hoch -> Ablösung

Question 7

Verlauf der Kenngrößen auf der Druckseite einer Turbinenschaufel

Answer 7

Hin und Her in dem Kennfeld der Prandtl’schen Grenzschicht
Aus der Vorderkante, erst Verzögerung bis zur Vorderkantenablösung, dann Beschleunigung, dann Verzögerung, dann Beschleunigung zur Hinterkante

Question 8

Verlauf der Kenngrößen auf der Saugseite einer Turbinenschaufel

Answer 8

Einfacher Verlauf, insgesamt Verzögerung, mit einem Sprung (Umschlag) kurz vor der Hinterkante

Question 9

Abhängigkeit laminarer / turbulenter Strömung vom Anströmwinkel auf einem Verdichterprofil

Answer 9

• Druckseite: weitgehend laminar, vor allem im Auslegungsfall (i=0°), Turbulent oft bei Rückeninzidenz
• Saugseite: Auslegung mit kleiner Ablöseblase und Umschlag
• Brustinzidenz: Sofortige Tendenz zur Ablösung, die mit steigendem i zur Profilnase wandert.
• Rückeninzidenz: Längere Laminarstrecke, aber immer noch Umschlag zu turbulenter Strömung

=> Geschwindigkeitsverlauf auf der Saugseite sehr sensitiv, u.a. starke Abhängigkeit von Inzidenz –> Umschlag beim Übergang von beschleunigter zur verzögerter Strömung