Pressure Sensitive Paint in aeroelastischen Windkanal-Experimenten
Die Pressure Sensitive Paint Technik (PSP) ist ein optisches Messverfahren zur Bestimmung von Oberflächendruckverteilungen auf Objekten. Sie basiert auf der photochemischen Anregung von Farbstoffmolekülen, die in eine sauerstoffdurchlässige Farbe eingebettet sind, welche dann auf die Oberfläche des Objekts aufgetragen wird. Die fluoreszierenden Moleküle werden durch Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt, während die Lichtemission der Oberfläche typischerweise in einem anderen Spektralbereich liegt. Die Emissionsintensität ist dabei abhängig vom Sauerstoffpartialdruck und der Temperatur. Bei bekannter Temperaturverteilung (z.B. durch Infrarot-Thermografie) und entsprechender Kalibrierung kann so der Oberflächendruck während des Experiments bestimmt werden.
Trotz des hohen technischen Aufwands und der vielfältigen Einflussgrößen hat sich das Verfahren als Werkzeug zur Visualisierung komplexer dreidimensionaler Druckfelder zuverlässig etabliert.
Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts HOMER (Horizon 2020, No. 769237) wurde die aeroelastische Wechselwirkung bei transsonischen Buffeting in Windkanalexperimenten untersucht. Das zu untersuchende Objekt, ein zweidimensionaler überkritischer Flügel, führt dabei Nickbewegungen aus, während er mit einem stark oszillierenden Verdichtungsstoß auf der Flügeloberseite in Wechselwirkung steht.
Von besonderem Interesse bei den Experimenten waren die spannweitige Verteilung der Stoßfront und ihre zusätzliche Wechselwirkung mit der Wandgrenzschicht. Darüber hinaus repräsentiert die Druckverteilung an der Flügeloberfläche die tatsächliche aerodynamische Kraft, die neben elastischen und Trägheitskräften die Flügelbewegung bestimmt. Aus diesem Grund wurden PSP-Messungen am oszillierenden Flügel mit besonderem Augenmerk auf die Behandlung störender Effekte wie Bewegungsunschärfe, bewegungsbasierte Korrektur des Anregungslichts, Maximierung des Signal-Rausch-Verhältnisses und Veränderung der Anregung durch hohe Dichtegradienten durchgeführt.
Bearbeiter:
- Tim Korthäuer, M.Sc.
- Alessandro Accorinti, M.Sc.