Über die optimale Auslegung freifahrender Schleppturbinen für die Grenzschichtabsaugung an Flugzeugen

Abstract

Zweck: Die Leistung abgebende freifahrende Schraube hat bisher zwei Anwendungsgebiete gefunden, als stationäre Windkraftanlage und als Schleppturbine in Flugzeugen zum Antrieb von Notversorgungsanlagen (Ram Air Turbine, RAT). Ein bisher nicht benutztes Anwendungsgebiet für Schleppturbinen ist der Antrieb von Grenzschichtabsaugeanlagen für die Laminarhaltung der Grenzschicht an Flugzeugen. Bei Motorflugzeugen wurde die Absaugeanlage bisher vom Motor angetrieben. Hierzu liegen Untersuchungen vor. Bei Segelflugzeugen müsste eine Absaugeanlage wegen des fehlenden Motors durch eine Schleppturbine angetrieben werden. Hierzu liegen kaum Untersuchungen vor. Die vorliegende Arbeit liefert die Auslegungsmethode für ein derartiges Absaugesystem und bewertet die zu erzielenden Ergebnisse. --- Methodik: Als Schleppwirkungsgrad der Turbine ist definiert das Verhältnis von abgegebener Wellenleistung zur aufzuwendenden Schleppleistung, die sich aus dem Produkt von Schraubenwiderstand und Schleppgeschwindigkeit ergibt. Es ist offensichtlich, dass die Flugleistungen nur bei hohem Schleppwirkungsgrad verbessert werden können. Die Zusammenhänge werden in einem Berechnungsverfahren theoretisch dargestellt. Weiterhin wird an einer angenommenen Modellfläche der Einfluß der verschiedenen Auslegegrößen auf den Absaugewiderstand untersucht. --- Ergebnisse: Den stärksten Einfluß haben die mehrstufige Absaugung durch zwei Gebläse und durch Verwendung von Strahlpumpen, die ausreichende Dimensionierung der Rohrleitungen sowie die Gebläse- und Schleppturbinenwirkungsgrade. Die benötigten Schleppturbinen sind wegen der geringen erforderlichen Leistungen bei Segelflugzeugen klein. Die Blattprofile arbeiten im Bereich niedriger Reynoldszahlen. Bedingt durch das Unterschreiten von zulässigen Grenzreynoldszahlen, dürfen die Belastungen der Schleppturbinen nicht zu klein werden. Die Auslegegrenzen werden berechnet und diskutiert. Windkanalversuche an einer ausgeführten Schleppturbine zeigen die Zuverlässigkeit des Berechnungsverfahrens. --- Bedeutung in der Praxis: Die Verwendung von Schleppturbinen zum Antrieb der Absaugegebläse für die Grenzschichtabsaugung zur Laminarhaltung der Grenzschicht ist für Flugzeuge mit Antrieb uninteressant. Für Segelflugzeuge ist nur dann mit einer wesentlichen Steigerung der Flugleistungen zu rechnen, wenn eine Optimierung der gesamten Absaugeanlage durchgeführt wird.