Formierung und Struktur von Randwirbeln verschiedener Flügelkonfigurationen

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Formierung und Struktur von Randwirbeln verschiedener Flügelkonfigurationen

Fell, S.

Die laufende Zunahme des Flugverkehrs und die damit verbundene Vergrößerung der Anflugfolge im Nahbereich von Flughäfen hat zu einem neuen Sicherheitsproblem geführt. Es sind die Flügelrandwirbel, die aus der vom Flügel abschwimmenden, sich aufrollenden Wirbelschicht entstehen und zu Gefährdungen nachfolgender Flugzeuge führen. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Berechnung des Aufrollvorgangs von Wirbelschichten zur Bestimmung der Struktur von Randwirbeln, um deren Auswirkungen quantitativ beschreiben bzw. abschätzen zu können. Ausgehend von der Modellvorstellung der 'instationären, zweidimensionalen Analogie' von Westwater und Rosenhead werden zur Bestimmung der Randwirbelstrukturen eines Ring- und eines Rechteckflügels mit und ohne Klappen zwei Darstellungen der Wirbelschicht verwendet: eine unendlich dünne und eine endlich dicke Schicht. Die Kinnematik einer unendlich dünnen Wirbelschicht wird durch die Birkhoff/Rott-Gleichung und die Kinematik einer endlich dicken Schicht durch die stationäre, zweidimensionale Wirbeltransportgleichung (Wtg-Methode) beschrieben. Für beide Gleichungen werden numerische Lösungsverfahren entwickelt und zur Validierung Randwirbelstrukturen von experimentell untersuchten Flügelkonfigurationen berechnet. - Hierbei zeigt sich, daß die mit der Wtg-Methode berechneten Randwirbelstrukturen gut mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmen.