Seit dem Beginn des Jetzeitalters war die Reduktion des Treibstoffverbrauchs immer ein zentrales Ziel des Flugzeugbaus. Ein Verkehrsflugzeug für Mittel- und Langstrecken verbringt heute etwa 98% seiner Betriebszeit im Reiseflug, bei dem Machzahlen von bis zu 0,85 erreicht werden. Der Treibstoffverbrauch eines Verkehrsflugzeugs kann also abgesehen von effizienteren Triebwerken in erster Linie durch eine weiter verbesserte Aerodynamik im transsonischen Reiseflug sowie den Einsatz neuer Materialien für eine weitere Reduktion des Strukturgewichts gesenkt werden. Die aerodynamische Leistungsfähigkeit eines Luftfahrzeugs wird allerdings grundlegend durch den Zustand der Grenzschicht bestimmt.
Der Reibungswiderstand zukünftiger Verkehrsflugzeuge ließe sich daher noch einmal umfassend verringern, wenn es möglich wäre, turbulente Grenzschichten bei hohen Flug-Reynoldszahlen mit geringem Energieaufwand zu beeinflussen. Die turbulente Strömungsgrenzschicht lässt sich zu einem gewissen Grad durch passive Maßnahmen wie beispielsweise Riblets widerstandsgünstig beeinflussen. Passive Maßnahmen zur Grenzschichtbeeinflussung sind jedoch in ihrer Wirksamkeit stets beschränkt, so dass sich eine weitere Widerstandsreduktion nur durch aktive Methoden oder eine Kombination von aktiven und passiven Methoden erzielen lässt Erfolg versprechend für hohe Reynoldszahlen ist die Methode der oszillierenden Wand. In numerischen und experimentellen Untersuchungen wurden bereits mit in der Ebene oszillierenden Oberflächen, d. h. die Bewegung geschieht quer zur Hauptströmungsrichtung ohne eine vertikale Auslenkung, wandnahe Wirbelstrukturen in Grenzschichten kleiner Reynoldszahl beeinflusst. Darüber hinaus existieren numerische und experimentelle Untersuchungen zur Beeinflussung einer turbulenten Grenzschicht entlang einer ebenen Platte, in denen auch deutliche Reduktionen der Wandreibung erreicht werden.
Eine andere Bewegungsform stellt die quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufende transversale Oberflächenwelle dar. Die wellenförmige Verformung der Oberfläche geschieht orthogonal zur wandnahen Strömung, wobei die Ausbreitung der Welle in Spannweitenrichtung läuft. Die Erschließung des erheblichen Potentials der gezielten aktiven Beeinflussung kohärenter Grenzschichtstrukturen ist jedoch trotz der erheblichen Fortschritte im Verständnis turbulenter Grenzschichten, bei der Herstellung aktiver Mikrostrukturen und bei der Regelung chaotischer Systeme immer noch mit großen Herausforderungen verbunden.
Die Komplexität und das ausgeprägte nicht-lineare Verhalten des transsonischen Strömungsfeldes mit Auftreten eines Verdichtungsstoßes auf der Tragflügeloberseite erfordert darüber hinaus auch die Untersuchung weitergehender Strömungsaspekte. Im Rahmen dieses Projektes soll ein Prinzipexperiment durchgeführt werden, anhand dessen die widerstandsreduzierende Wirkung von Oberflächenoszillationen auf das Strömungsfeld über eine ebene Platte in einem Reynoldszahlbereich der Ordnung Re:O(106) nachgewiesen werden soll.
Die Oberfläche wird mittels Aktuatoren in eine Wellenbewegung versetzt. Die Steuerung der Aktuatoren und die Ermittlung des in Schwingung versetzten Oberflächenmaterials wird vom Zentralinstitut für Elektronik (Dr. Schiek) und dem Institut für Energieforschung (Prof. Beck) des Forschungszentrums Jülich GmbH vorgenommen. Die Planung und Durchführung der Messungen geschehen am Aerodynamischen Institut der RWTH Aachen (Dr. Klaas).
Diese experimentelle Untersuchung dient als Vorarbeit für den Aufbau einer DFG-Forschergruppe. Diese wird auf dem Gebiet der Aktuatorik und komplexen Architektur der Ansteuerung des Versuchsaufbaus zur experimentellen Analyse der Strömung an Platten und Profilen mit transversal oszillierenden Oberflächen sowie der Ermittlung des Ermüdungsverhaltens der verwendeten Materialien in enger Kooperation des Instituts für Aerodynamik der RWTH Aachen mit den Instituten ZEL und IEF-2 des Forschungszentrums Jülich durchgeführt.
