Messtechnik

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Messtechnische Ausstattung des Laminarwindkanals

Rechnergesteuerte Polarmessungen:
Auftriebsmessung: experimentelle Integration der Druckverteilung an den Windkanalwänden
Widerstandsmessung: selbsteinstellender integrierender Nachlaufrechen, Mittelwertbildung in Spannweitenrichtung
Momentenmessung: Kraftmessdose
Messung der Druckverteilung am Windkanalmodell: Scanivalves, PSI-Vielfachdruckmesssystem
   
Grenzschichtuntersuchungen:
Sondentraversiervorrichtung für Druckmesssonden und Hitzdrahtsonden
Hitzdrahtmesseinrichtung, Eich- und Reparaturvorrichtungen
Mikrofone und dazugehörige Kalibriereinrichtungen
 
Strömungssichtbarmachung:
IR-Kamera TH7102 mit Auflösung 0.1K, hochauflösendes Stereo-PIV-System
Anstrichverfahren, Rauch, Laserlichtschnitt oder Wollfäden
 
Akustische Untersuchungen:
CPV-System, Mikrophonarray
 

Der Laminarwindkanal (LWK) dient in erster Linie der Vermessung von zweidimensionalen Profilmodellen. Er ist ein Kanal mit geschlossener Messstrecke und offener Luftrückführung (Eiffeltyp) und ist seit 1962 in Betrieb. Dank seiner geschützten Lage in bewaldeter Umgebung und einem Windschutzring vor der Ansaugöffnung ist der Betrieb praktisch unabhängig vom Wind und der Turbulenz der Atmosphäre. Als Antrieb dient ein thyristorgesteuerter Gleichstrommotor mit 220kW Leistung, der eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von 90m/s ermöglicht. Somit können Untersuchungen im Reynolds-Bereich von 3x105 bis 5x106 durchgeführt werden. Durch das hohe Kontraktionsverhältnis von 100:1 sowie die integrierten Filtermatten und Siebe wird ein extrem niedriger Turbulenzgrad von Tu < 0,02% erreicht.

Die rechteckige Messstrecke mit einem Querschnitt von 0.73m x 2.73m ist 3.15m lang. Die Profilmodelle mit 0.73m Spannweite werden senkrecht zwischen zwei Drehscheiben in den Kanalwänden montiert. Typische Profiltiefen sind 0.5m, 0.7m und 1m. Die Messstrecke ist von einer Unterdruckkammer umgeben, wodurch das Einströmen von Luft durch eventuelle Leckstellen in die Messstrecke verhindert wird. Die Blätter des Windkanalgebläses mit 2.7m Durchmesser können im Stillstand verstellt werden und ermöglichen somit eine optimale Anpassung des Antriebs an die jeweiligen Versuchsbedingungen. Durch die rechnergesteuerte Regelung der Drehzahl in Abhängigkeit von den aktuellen Umgebungsparametern (Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit) können längere Messungen mit gleichbleibendem Staudruck bzw. Re-Zahl durchgeführt werden, auch bei Änderung der Versperrung in der Messstrecke.

Der Auftrieb wird durch die Integration der Druckverteilungen an den Windkanalwänden bestimmt. Die Differenz der an beiden Wänden gemittelten Drücke ist proportional zum Auftrieb des Windkanalmodells. Durch diese indirekte Messmethode vereinfacht sich die Modellkonstruktion erheblich. Das Modell kann gegenüber den Drehscheiben abgedichtet und somit eine Durchströmung vermieden werden. Die Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit anderen Messverfahren.

Der Widerstand wird durch die Integration des Gesamtdruckverlusts im Profilnachlauf bestimmt. Der Nachlaufrechen ist im Abstand von ca. 30% der Profiltiefe stromab des Modells an einer SPS-gesteuerten Traversierung befestigt, die ein automatisches Ausrichten und Nachführen des Rechens ermöglicht. Während der Messung wird der Rechen mit konstanter Geschwindigkeit in Spannweitenrichtung verfahren und somit der mittlere Profilwiderstand ermittelt.
Das Profilmoment wird über eine Kraftmessdose aus dem Drehmoment um den t/4-Punkt des Modells bestimmt.
Für spezielle Messaufgaben kann eine externe 3-Komponentenwaage eingesetzt werden.
Die Datenerfassung und Versuchssteuerung erfolgt über einen PC, die Werte werden mit Standardwindkanalkorrekturen versehen und zur Kontrolle online geplottet.
Für Druckverteilungsmessungen am Modell stehen vier Scanivalves für je 48 Messstellen sowie ein PSI-Vielfachdruckmesssystem mit insgesamt 4x64 Einzeldruckaufnehmern zur Verfügung. Die Kalibrierung der HBM-Druckaufnehmer erfolgt über präzise Eichdruckwaagen bzw. einen Präzisionsaufnehmer MKS Baratron.
Für Hitzdrahtmessungen ist eine spezielle rechnergesteuerte Grenzschichtsonde entwickelt worden, die eine effektive Vermessung von Profilgrenzschichten ermöglicht.
Für instationäre Druckmessungen, bzw. akustische Messungen sind entsprechende Mikrofone und Kalibriereinrichtungen vorhanden.
Strömungsvisualisierungen sind mit Anstrichverfahren, Wollfäden oder Rauchsonden möglich. Mit einer Infrarotkamera mit einer Auflösung von 0.1K kann die Umschlagslage während der Messung auf einem Monitor verfolgt werden.

Für spezielle Untersuchungen kann ein hochauflösendes Stereo-PIV (Particle Image Velocimetrie) System eingesetzt werden. Mit Hilfe von gepulsten Nd:YAG-Lasern (Quantel Twins) können mit diesem System in einer Ebene alle drei Geschwindigkeitskomponenten simultan als Momentanbild der Strömung erfasst werden.
Für Messungen von Hinterkantenlärm zweidimensionaler Profilmodelle stehen sowohl ein Mikrofonarray als auch die hitzdrahtbasierte CPV-Methode zur Verfügung.

Weitere Infos auf den Abteilungsseiten!

 
 Blick in die Messstrecke des Laminarwindkanals mit eingebautem Klappenprofil