Entwicklung von nichtlokalen, linearen und nichtlinearen Stabilitätsanalyseverfahren zur Transitionsvorhersage und Untersuchung von Transitionsszenarien in Grenzschichtströmungen

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Theoretisch-numerische Untersuchungen zur physikalischen Modellbildung laminar-turbulenter Transition im linearen und nichtlinearen Bereich werden durchgeführt. Zum Einsatz kommt hierbei das nichtlineare nichtlokale Transitionsanalyseverfahren NOLOT/PSE (DLR/FFA), dessen erfolgreiche Anwendung für realistische Tragflügelumströmungen mit und ohne Absaugung in Da 183/5-1+2 nachgewiesen werden konnte. Durch die bisher durchgeführten Untersuchungen zur nichtlinearen Wechselwirkung von stationären und laufenden Querströmungswirbeln (QS) mit Tollmien-Schlichting-Wellen (TS) konnten nichtlineare Prozesse identifiziert werden, die schließlich zum laminar-turbulenten Umschlag führen können. Daher liegt ein Schwerpunkt nun auf der Untersuchung von Transitionsszenarien in dreidimensionalen Strömungen ausgelöst durch TS/TS- bzw. QS/QS-Wechselwirkungen. Hierzu sind Konfigurationen mit unterschiedlichen Instabilitätscharakteristiken zu untersuchen und zu vergleichen, z.B. Fokker 100, A320 Seitenleitwerk, ATTAS, DLR-Prinzipexperimente.Das lineare und nichtlineare Störungswachstum entscheidet jedoch nicht allein darüber, welches der potentiellen Transitionsszenarien letztlich für den Zusammenbruch der laminaren Strömung verantwortlich ist. Von entscheidender Bedeutung sind auch die Anfangsamplituden der betrachteten Störungen. Daher sind Untersuchungen für unterschiedliche Anfangsbedingungen und zu ihrem Einfluß auf Transitionsverlauf und Transitionstyp durchzuführen. Gleichzeitig wird ein Verfahren zur Modellierung der Störungsgenerierung durch Oberflächenrauhigkeiten und ungleichförmiger Absaugung (Rezeptivität) basierend auf den Linearisierten Harmonischen Navier-Stokes-Gleichungen (LHNS) entwickelt und mit den bestehenden NOLOT/PSE-Verfahren gekoppelt. Dadurch werden physikalisch begründete Aussagen über die zu erwartenden Anfangsamplituden der verschiedenen Störungen und eine ausgewogenere Bewertung der stabilisierenden und destabilisierenden Effekte von Absaugung möglich.