direkt zum Inhalt springen

direkt zum Hauptnavigationsmenü

Sie sind hier

TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Oberflächenverfahren

Oberflächenhitzdrahtsensoren

Eine am ILR entwickelte Oberflächenhitzdrahtvariante nutzt einen oberflächenbündig über einen dünnen Schlitz gespannten Hitzdraht (Bild 1). Als Basismaterial wird in Abhängigkeit des Anwendungsbereiches eine mit Kupfer beschichtete flexible Kaptonfolie oder eine starre Elektronikplatine genutzt. In das Trägermaterial werden Kavitäten in üblicher Fotoätztechnik herausgearbeitet. Anschließend wird der Hitzdraht über eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Kavität gespannt und an den Rändern verschweißt. Durch die Isolationswirkung des Schlitzes wird der Wärmefluss in die Struktur verringert. Somit zeichnet sich der Sensor gegenüber einem Oberflächenheißfilm durch ein deutlich besseres Signal-Rausch-Verhältnis aus.

Bild 1: Aufbau eines Oberflächenhitzdrahtes
Lupe

Außerdem ermöglicht der Herstellungsprozess die Fertigung räumlich eng gestaffelter Sensorarrays. Zusätzlich zeichnen sich Oberflächenhitzdrahtsensoren durch ein hohes zeitliches Auflösungsvermögen aus und werden daher oft für Transitionsexperimente eingesetzt. Experimentelle Anwendungen der Sensoren finden sich am ILR u. a. in der aktiven Transitionskontrolle und der Laminarflügelforschung sowohl in Freiflugversuchen als auch in Windkanalexperimenten.
Die Anwendung eines spannweitig angeordneten Sensorarrays (20 Sensoren) auf einem Flughandschuh sowie die resultierenden Zeitschriebsignale sind exemplarisch in Bild 2 gezeigt. In den Zeitschrieben sind Bereiche erkennbar, in denen Amplituden ballenartig auftreten. Diese Tollmien-Schlichting Wellen sind ein Indiz für die beginnende Transition der Tragflügelgrenzschicht.

Bild 2: Flughandschuh mit Oberflächenhitzdraht-Array und Zeitschriebe aus Freiflugversuchen
Lupe
Bild 3: Laminarflügelprofil mit einem Oberflächenhitzdraht-Array
Lupe

Darüber hinaus wurden Windkanalexperimente an einem transsonischen Laminarflügelprofil im Transschallkanal des ILR durchgeführt, mit dem Ziel die zum Grenzschichtumschlag führenden Tollmien-Schlichting Instabilitäten im Machzahlbereich zwischen 0.35 ≤ M ≤ 0.57 zu detektieren. Zur Bestimmung der charakteristischen TS-Frequenzen wurde der Versuchsträger mit einem Oberflächenhitzdraht-Array instrumentiert (Bild 3). Hierbei wurde die Sensorfolie konturgetreu und oberflächenbündig in einem Messeinsatz appliziert.

In Bild 4 links sind die Leistungsspektren der Machzahlvariation für den Anstellwinkel von a = 1.5° an der Sensorposition bei 65% der Profiltiefe gezeigt. Darin sind bei allen Anströmmachzahlen signifikante breitbandige Leistungserhöhungen, wie sie für einen Tollmien-Schlichting dominierten Grenzschichtumschlag typisch sind, zu identifizieren. Für M = 0,35 werden die TS-Instabilitäten im Frequenzbereich zwischen 6 und 15 kHz detektiert, wohingegen er bei M = 0,57 zwischen 8 und 28 kHz ermittelt wird. Zur Verdeutlichung des Transitionsszenarios sind in Bild 4 rechts exemplarisch Zeitausschnitte der Rohsignale für die Anströmmachzahl von M = 0.48 und einen Anstellwinkel von a = 2° dargestellt. Darin ist die konvektive Entwicklung der Tollmien-Schlichting Wellen stromab von 50% der Profiltiefe deutlich erkennbar.

 

Bild 4: a) Leistungsspektren für unterschiedliche Anströmmachzahlen an der Positionen x/c=0.65, alpha=1,5° b) Zeitsignale einer Anströmmachzahl von M=0,48, alpha=2°
Lupe

Literatur
Publikationen

Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. W. Nitsche
Dipl.-Ing. Janin Leuckert
Dipl.-Ing. Andreas Pätzold

Zusatzinformationen / Extras

Direktzugang

Schnellnavigation zur Seite über Nummerneingabe