Experimentelle, theoretische und numerische Untersuchung resonanter Interaktionen von TS-Instabilitäten in einer Grenzschicht mit variablem Druckgradient

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Beim Entwurf von Profilen mit Laminarhaltung durch Formgebung wird weitgehend die klassische, halbempirische Transitionsvorhersage basierend auf der linearen Stabilitätstheorie (LST) angewandt. Dieses Vorgehen hat seine Berechtigung, solange der Bereich nichtlinearer Störungsentwicklung vergleichsweise "kurz" im Verhältnis zum gesamten Umschlagsprozess ist. Die gezielte Optimierung laminarer Laufstrecken führt jedoch zu Grenzschichten, bei denen die selektive Anfachung und Dämpfung einzelner Tollmien-Schlichting (TS) Frequenzen insoweit ausgenutzt wird, dass die resultierenden Amplituden (linear) stets knapp unter einem vorgegebenen Schwellenwert bleiben. In diesem Fall kommt der nichtlinearen Störungsentwicklung entscheidende Bedeutung zu. Ziel des vorliegenden Antrags ist die kombinierte experimentelle, theoretische und numerische Untersuchung relevanter Mechanismen dieses Stadiums. Insbesondere wird die resonante Wechselwirkung von dominanten 2D TS-Wellen mit 3D subharmonischen Wellen im Mittelpunkt stehen. Dabei soll vor allem der Einfluss eines Druckgradienten in Strömungsrichtung analysiert werden, wodurch sich neben den lokalen Grenzschichtgrößen und den primären Stabilitätseigenschaften auch die Resonanzbedingungen stetig ändern. Begleitend zum Experiment sind Direkte Numerische Simulationen (DNS) vorgesehen, wodurch eine gegenseitige Validierung und ein tieferer Einblick in die Mechanismen erwartet wird. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit der Transitionsgruppe am Institute of Theoretical and Applied Mechanics (ITAM, Novosibirsk) durchgeführt. Die Förderung der Reisekosten sowie wissenschaftlicher Geräte wird jeweils bei der DFG und der Russian Foundation for Basic Research (RFBR) beantragt.