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Innovative, passive Grenzschichtabsaugung zur effektiven Reduzierung des Reibungswiderstandes

Kurzfassung

Eine Grenzschichtabsaugung wird nun passiv und somit überaus schlank und einfach integrierbar. Durch eine im Profil vorspringende Stufe wird ein lokaler Überdruck erzeugt, der direkt nach innen abfließt. So steht der Integration dieser vielversprechenden Technologie nichts mehr im Wege.

Hintergrund

Neben der Wirtschaftlichkeit ist zunehmend auch das bei den Konsumenten steigende Umweltbewusstsein dafür verantwortlich, dass Transportmittel wie Autos oder Flugzeuge energieeffizienter werden sollen. Bei der energetischen Optimierung von in Fluiden bewegten Körpern wie bspw. Windkraftflügeln, Fahr- und Flugzeugen spielt vor allem die weitere Reduzierung des Strömungswiderstandes eine entscheide Rolle.
Bei der Betrachtung von oberflächennaher Strö­mung wird zwischen laminarer und turbulenter Strö­mung unter­schie­den. Dabei ist die laminare Strömung der ange­strebte Zustand, da Turbulenzen einen höheren Rei­bungs­wider­stand an der Grenzschicht erzeugen. Ein wirksames Mittel zur Erhaltung einer laminaren Strö­mung über eine möglichst lange Strecke ist die sog. Grenzschichtabsau­gung; bereits 1998 konnte am Seitenleitwerk eines A320 eine Treibstoffein­sparung von beachtlichen 15 % im Frei­flug erreicht wer­den. Durch das Perforieren oder Schlitzen der Oberfläche im Anström­bereich und eine so erwirkte Absaugung der Luft wird erreicht, dass die Längs­be­schleunigung der Luft erhöht und die uner­wünschte Querströmung reduziert wird, was insgesamt zu einer Stabili­sierung der Grenzschicht und einer reduzier­ten Rei­bung führt.

Problemstellung

Doch bislang bekannte Lösungen erfordern entweder eine raumgreifende Absaugeinrichtung oder benötigen zusätz­liche Energie, was die Effizienz der Tech­nologie herab­setzt. So findet diese Technik bisher nur sehr schleppend in die Praxis.

Lösung

Die an der Universität Stuttgart entwickelte Optimierung dieser Technologie ermöglicht nun eine passive Absau­gung. Mittels Anordnung von vorspringenden Stufen im Profil wird ein lokaler Über­druck erzeugt, der direkt durch Öffnungen nach innen abfließt. Die Höhe der Stufen ist dabei ausschlaggebend für das Druckgefälle und die Absaugleistung; durch An­passung von Höhe und Vertei­lung der Stufen kann das Prinzip einfach an unterschied­lichste Geometrien ange­passt werden. Simulationen ergaben, dass bereits Stufen ab nur 0,2 mm Höhe einen solchen Effekt erzie­len. Das Ausblasen der Luft an geeig­neten Stellen erhöht die Effi­zient abermals. So steht der Integration dieser viel­verspre­chenden Technologie nichts mehr im Wege.

Prinzipskizze der passiven Grenzschichtabsaugung durch Einbringen einer Stufe ins Profil.
Prinzipskizze der passiven Grenzschichtabsaugung durch Einbringen einer Stufe ins Profil.

Vorteile

  • Passive Grenzschichtabsaugung
  • Über Stufenhöhe einfach an Strömungsverhältnisse anzupassen
  • Absauge- und Auslassposition frei wählbar
  • Geringer Platzbedarf: Absaugung an räumlich begrenzten Stellen möglich
  • Auch für flache Profile geeignet
  • Geometrie-unabhängig realisierbar
  • Konstruktiv einfach realisierbar

Anwendungsbereiche

Zur energeti­schen Optimierung von in Fluiden bewegten Körpern wie bspw. Windkraftflügeln, Fahr- und Flugzeugen, etc.

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Florian Schwabe
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
schwabe(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Funktionsnachweis / TRL3
Patentsituation
DE 102015220671 B4 erteilt
Referenznummer
15/049TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.