Active and passive vortex wake mitigation using control surfaces

摘要

Die Wirbel im Nachlauf von Flugzeugen stellen eine Gefährdung für nachfolgende Flugzeuge dar und begrenzen daher schon heute die Kapazität von Flughäfen. Am Institut für Luft- und Raumfahrt werden daher Nachlaufuntersuchungen im Wasserschleppkanal mit P1V durchgeführt. Die Motivation hinter diesen Experimenten ist die Abschwächung des auf nachfolgende Flugzeuge induzierten Rollmomentes durch die Verwendung der Steuerflächen des voraus fliegenden Flugzeuges. Ein instabiles Wirbelsystem wird durch die Verwendung der Steuerflächen erzeugt. Die Instabilitäten führen letztendlich zu einem Zerfall des Wirbelsystems. Eine Vielzahl von Außenbordklappen wird in Voruntersuchungen betrachtet, um Größe, Position und Ausschlag von Querrudern abzuschätzen, die zu einem Wirbelsystem mit starken kooperativen Instabilitäten führen, und damit zu einer Abnahme der Gefährdung nachfolgender Flugzeuge. In darauf folgenden Experimenten wird ein Flügel mit voreingestellten Querrudern ausgerüstet, der seinerseits in seinem Nachlauf ein instabiles Wirbelsystem erzeugt. Diese Instabilitäten werden nun durch eine Oszillation der Querruder künstlich angeregt. Jede Flügelhälfte ist mit zwei benachbarten Querrudern ausgerüstet. Diese oszillieren in Gegenphase, um die Schwankungen des Auftriebsbeiwertes zu minimieren.%Aircraft trailing vortices constitute a hazard to following aircraft and are therefore one of the main concerns for airport capacity constraints. At the Institute of Aerospace Engineering (ILR) experiments on wake vortices are conducted in a towing tank using particle image velocimetry. The motivation behind the presented investigations is the alleviation of the rolling moment induced on following aircraft using control surfaces of the preceding aircraft. An unstable vortex system is generated by the use of control surfaces. The instabilities lead to a mitigation of the vortex system. A variety of outboard flaps are used in preliminary studies to estimate the sizing and deflection of ailerons that lead to a vortex system with strong cooperative instabilities and thus to an alleviation of the rolling moment induced on following aircraft. In subsequent experiments a rectangular wing is equipped with preset ailerons, producing an unstable vortex system in its wake The instabilities are excited by oscillating trie ailerons. Each half-wing is equipped with two adjacent ailerons that oscillate in counter-phase in order to minimise fluctuations of the lift coefficient.