Aerodynamiklabor
Das Aerodynamik-Labor umfasst einen großen Windkanal Göttinger Bauart, einen kleinen Windkanal vom Eiffel-Typ, einen Kavitationstunnel, einen kleinen Überschallkanal und einen Rohrleitungsmessstand sowie die dazugehörigen Messeinrichtungen nebst einer programmierbaren Traversierung. Ein kleiner Werkzeugmaschinenpark rundet die Ausstattung ab.
Der ebenfalls im Aerodynamik-Labor eingerichtete Rohrleitungsmessstand dient zur Darstellung und Bestimmung von Rohrreibungszahlen und Verlustzahlen an Rohreinbauten und Umlenkungen. Hierbei können unterschiedliche Rohrleitungen mit und ohne Rauigkeit sowie unterschiedliche Umlenkungen und Einbauten kombiniert werden.
Großer Windkanal
Der große Windkanal, ursprünglich ebenfalls vom Eiffel-Typ, wurde in den Jahren 2005/2006 modernisiert und zu einem Windkanal Göttinger Bauart umgebaut (Bild 1). Die geschlossene Luftführung dieses Windkanals wurde durch studentische Projektarbeiten mithilfe von CFD-Simulationen im Vorfeld untersucht und optimiert. Da der Kern des alten Kanals - Gebläse, Gleichrichter und Siebe sowie die Düse - erhalten blieben und der Standort nicht verändert werden konnte, befindet sich die äußere Luftrückführung an der Außenwand des Gebäudes.
Im Rahmen dieser Modernisierungsmaßnahmen wurde auch die Messstrecke dahin gehend modifiziert, dass nun wahlweise Untersuchungen mit offener oder geschlossener Messstrecke durchgeführt werden können, wobei die geschlossene Messstrecke einen achteckigen Querschnitt aufweist (Bild 2). Durch die Umbaumaßnahmen wurde die Qualität des Kanals so weit verbessert, dass er nun für neue Messaufgaben in der instationären Aerodynamik und der Aeroelastik eingesetzt werden kann. Mit diesem Kanal können Geschwindigkeiten von ungefähr 110 km/h bei einem Düsenaustrittsdurchmesser von 1 m erzielt werden.
Kleiner Windkanal
Der kleine Windkanal verfügt über eine Düse mit elliptischem Austrittsquerschnitt mit den Radien 0,25 m und 0,35 m. Mit diesem Kanal können Geschwindigkeiten von ungefähr 120 km/h erzielt werden (Bild 3).
Messtechnik
Beide Windkanäle sind mit einer modernen Strömungsmesstechnik ausgestattet. Diese besteht aus einer 6-Komponenten-Windkanalwaage, einem Druckmesssystem mit 96 Messkanälen, diversen Drucksonden und Druckmessgeräten, einem Hitzdraht-Anemometer sowie einem Laser-Doppler-Anemometer.
Aufgrund der Möglichkeit, am großen Windkanal mit offener oder geschlossener Messstrecke zu arbeiten, können unterschiedliche Techniken zur Strömungsfeldmessung eingesetzt werden. Für die Untersuchung aeroelastischer Phänomene steht ein Messsystem für die Modalanalyse zur Verfügung.
Überschallwindkanal
Der über eine Stickstoffgasflasche betriebene Überschallwindkanal (Bild 4) dient der Visualisierung von Verdichtungsstößen an verschieden profilierten Strömungskörpern.
Der Kavitationstunnel wird vornehmlich zur Strömungsvisualisierung mithilfe eingebrachter Farbstoffe verwendet.
Lehre
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Im Rahmen der Lehre wird das Aerodynamik- Labor in der Bachelor-Lehrveranstaltung Aerodynamik mit Labor (Schwerpunkt Entwurf und Leichtbau) und in der Bachelor-Lehrveranstaltung Flugzeugprojekt (Schwerpunkt Kabine und Kabinen systeme) eingesetzt. Begleitend zum theoretischen Vorlesungsteil werden mit den Studierenden Versuche zur Darstellung und Erklärung diverser aerodynamischer Phänomene sowie zur Messung unterschiedlicher aerodynamischer Größen eingesetzt.
Bei einem Versuch zur Kugelumströmung werden die Auswirkungen einer laminaren und einer turbulenten Grenzschicht auf Druckverteilung und Widerstand gemessen und analysiert. Die Untersuchung der Grenzschichtströmung an einer ebenen Platte wird mithilfe von Druckmessungen durchgeführt. Am rotierenden Zylinder wird die Bedeutung der Zirkulation und damit der Magnuseffekt studiert. Kraftbestimmungen über die Windkanalwaage und über Druckintegrationen werden für die Profilumströmung und für die Flügelumströmung mit und ohne Endscheiben durchgeführt.
Der Rohrleitungsprüfstand kann in der Bachelor-Lehrveranstaltung Strömungslehre (Studiengänge Fahrzeugbau und Flugzeugbau) zur Veranschaulichung eingesetzt werden.
Die Fluid-Struktur-Wechselwirkungen werden in der Master-Lehrveranstaltung Aeroelastik an strömungsinduzierten Flügelschwingungen veranschaulicht und mit Messgeräten zur Modalanalyse untersucht.
In der Master-Veranstaltung Fahrzeugaerodynamik führen Studierende Versuche zur Fahrzeugumströmung durch. Unterschiedliche Fahrzeugformen wie z. B. Heckwinkelvarianten werden hinsichtlich ihres Einflusses auf Widerstand und Auftrieb durch Messungen mit der 6-Komponenten-Waage und hinsichtlich des Strömungsverlaufs mittels Fadensonden untersucht und bewertet.
Abschlussarbeiten
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Neben dem Einsatz des Labors im Rahmen von Lehrveranstaltungen werden beide Windkanäle für Projekt-, Bachelor- und Master-Arbeiten verwendet. Dabei werden regelmäßig flug- und auch fahrzeugtypische Aufgabenstellungen bearbeitet, wie z. B. die Untersuchung der Aerodynamik unterschiedlicher Rumpfformen und verschiedener Tragflügelkonfigurationen durch Druck- und Kraftmessungen sowie durch Farbanstrichuntersuchungen.
Aber auch andere Fragestellungen wie der Haubenabwurf von Segelflugzeugen, Golfballumströmungen oder die Bestimmung der aerodynamischen Eigenschaften von Frisbee und Bumerang werden in studentischen Projekten und Arbeiten untersucht. Darüber hinaus wird insbesondere der große Windkanal in F&E-Projekten eingesetzt, z. B. bei der Untersuchung neuer, strömungsgünstiger Rumpfformen.
Schülerlabor
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Das Labor bietet für interessierte Schülergruppen nach Vereinbarung Veranstaltungen an. Lesen Sie mehr darüber auf den Seiten des SchulCampus der HAW Hamburg.
Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an aerodynamik_labor(@)haw-hamburg.de.
