Zur Identifikation von instationären Luftkräften unter Berücksichtigung nichtlinearer aeroelastischer Effekte

Decker, Harald

kassel university press, ISBN: 978-3-933146-45-8, 2000, IV, 161 Seiten

URN: urn:nbn:de:0002-458

Zugl.: Kassel, Univ., Diss. 2000

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Inhalt: Im Rahmen dieser Arbeit wurden instationäre Luftkräfte untersucht, die in der Lage sind,einen umströmten Körper zu selbsterregten gekoppelten Biege- und Torsionsschwingungen anzuregen. Es stand dabei im Vordergrund, aerodynamische Nichtlinearitäten aufzudecken und in geeigneten parametrischen und physikalisch sinnvollen Ansätzen für die Luftkräfte zu verarbeiten. Die Parameter dieser Luftkraftansätze wurden mit einem Zeitbereichsverfahren identifiziert.

Die Grundlage für die Identfikation bildeten Experimente im Windkanal. Es wurden Ausschwingversuche von Teilmodellen mit verschiedenen Querschnitten bei turbulenzarmer, gleichmäßiger Anströmung durchgeführt, siehe Abschnitt 3.5.

Die Teilmodelle besaßen idealisierte plattenähnliche, H- und U-förmige Querschnitte, deren Abmessungsverhältnisse an diejenigen von Brückenquerschnitten angelehnt sind. Neben den dynamischen Experimenten wurden in statischen Versuchen die Luftkräfte an diesen Profilen gemessen, um für quasistationäre Näherungen die benötigten Parameter zu erhalten, siehe Abschnitt 3.4.

Mit speziell in dieser Arbeit entwickelten Verfahren wurden die in den Ausschwingversuchen gemessenen Beschleunigungen bearbeitet und die Luftkräfte des zunächst nichtparametrischen Rechenmodells ermittelt. Mit Hilfe einer Darstellung im Frequenzbereich konnte aufgezeig werden, daß die Luftkräfte Nichtlinearitäten aufweisen.

Zur Beschreibung der aerodynamischen Nichtlinearitäten wurden in Anlehnung an eine quasistationäre Betrachtung gekoppelter Systeme verschiedene instationäre Ansätze für die Luftkräfte formuliert, die erstmals in dieser Arbeit untersucht worden sind, siehe Abschnitt 2.1.3. Als ein weiteres Rechenmodell wurde ein Strömungs-Oszillator-Ansatz verwendet.

Die Funktionsfähigkeit aller Auswertealgorithmen wurde anhand numerischer Simulationenüberprüft und bestätigt.

Die Parameter der aufgestellten Luftkraftansätze wurden mit einem "leas square"-Verfahren aus den experimentellen Daten identifiziert und sowohl untereinander als auch mit Parametern nach der quasistationären Theorie verglichen.

Aus den identifizierten Parametern wurden mit den Modellgleichungen die instationären Luftkräfte durch Integration der Bewegungsgleichungen berechnet.Diese "Modellvorhersage" wurde mit den "gemessenen" Luftkräften verglichen. Eine Besonderheit dieser Arbeit sind die eigens dazu entworfenen Darstellungsarten im Zeit- und Frequenzbereich. Es konnte die Gültigkeit eines nichtlinearen Luftkraftansatzes festgestellt werden, siehe Abschnitt 3.5.4.

Die Arbeit schließt mit einer Anwendungsrechnung,in der die Auswirkungen von nichtlinearen Luftkräften verdeutlicht werden.

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