Facilities
The Chair of Flight Mechanics and Controls is located in a listed builidng in Marschnerstraße Nr. 28 in Dresden's Johannstadt.
Windkanalgebäude Marschnerstraße 28, Haupteingang
Facilities
The large wind tunnel is of the Göttingen Type with a closed curciut, but it has an open Test section. This allowes for best possible access to the test objects, particularily concerning flow visualization. This way, it is best for educational purposes.
The air duct consists of a tube made of reinforced concrete. The total length of the curcuit is about 110 m. Only the interchangable nozzle, the collector and the guide vanes are made of plywood. The nozzle has a circular cross section with a diameter of 3 or 2 m, respectively. The largest cross section within the settling chamber is 8 m of diameter, resulting in a contraction ratio of 7:1 or 16:1. Together with honeycomb and two screens this guarantees a very uniform mean flow. The turbulence level is well below 0.5%.
The tunnel is powered by a two-stage axial compressor. The counter-rotating stages with 7 und 5 blades are made of wood like classic propellers. Two 150-kW-DC-motors are directly coupled to the rotors. Rotor speed can be varied contiously up to 400 rpm via thyristor control. Maximum flow velocity is 40 or 60 m/s, respectively.
Antriebssektion des NWK, von stromauf und stromab gesehen
Quite unusual for a tunnel in a horizontal arrangement the whole air duct is surrounded by a building - despite temporary shortage of funding. Eye-catching due to its arcaded structure it is a registered monument today.
- Open Jet
According to the originally intended purpose of the tunnel, the standard configuration of the test section is open in all direction. This way, flow conditions are similar to those an airplane experiences at altitude.
- Vehicle-Aerodynamics
A ground plate can be istalled into the test section for measurements with vehicles of all types, reaching from container ship to athletes on sleds. Unlike most automotive wind tunnels, the ground plate has its own leading edge due to the circular nozzle. Nontheless, the model is positioned relatively far upstream in order to prevent the boundary layer on the ground from growing to much.
Aufbau für Fahrzeugaerodynamik mit festem Boden
Moreover, the ground plate can be used as a symmetry plane for half model measurements with respective aircraft models.
- Environmental Aerodynamics
The atmosperic wind field ist in no way like the calm and uniform flow of an aircraft wind tunnel. Instead, it is a very thick, highly turbulent boundary layer, evolving long distances and great roughness of the earth's surface. In the wind tunnel, this condition is reached by a grid within the nozzle that causes a distortion of the velocity profile by uneven blockage and increases turbulence. Furthermore, roughness elements on the ground keep up a high turbulence level in the lowest layers. In this case, the model is positioned more downstream and the ground plate reches into the nozzle to lengthen the running distance for the boundary layer to evolve.
Aufbau für atmosphärische Grenzschichtmodellierung
Zum Wechsel der Windrichtung ist das Modell üblicherweise auf einer runden Drehscheibe aufgebaut.
- Moving Belt
Bei der Untersuchung sehr tieffliegender Objekte oder der Unterströmung von Kraftfahrzeugen ist es oft nicht ausreichend, mit einem festen Kanalboden zu operieren. Deswegen sind im Automobilsektor mitbewegte Böden Standard in den Windkanälen. Das mitlaufende Band im TU-Kanal entstand speziell für Messungen an Start- und Landekonfigurationen.
Prinzipdarstellung des mitlaufenden Bandes im NWK
Die Anlage verfügt aufgrund der geometrischen Gegebenheiten (große Breite) über eine aktive Bandlaufregelung, die ein seiliches Verlaufen des Gurtbandes verhindert. Als Besonderheit gleites es über den Messtisch auf einer Art pneumatischer Lagerung und Schmierung. Die Grenzschicht auf der Anlaufkontur wird mittels einer Absaugung durch über 8000 Bohrungen eliminiert.
Ein Funktionsmodell in kleinener Ausführung ist unter der Messstrecke des Saugkanals installiert.
Der auch als Vakuum- oder Höhenwindkanal bezeichnete Versuchsstand wurde in den 1950er Jahren gebaut und ursprünglich am Hermann Föttinger-Institut für Strömungsmechanik der TU Berlin betrieben. Er diente vordergründig der Modellierung von Effekten in gaskinetischen Strömungen mit sehr hohen Knudsen-Zahlen, wie sie in der Anfangspahse des Wiedereintritts auftreten. Nach Übergabe der Anlage an die TU Dresden im Oktober 2001 wurde der Windkanal im Zeitraum von November 2002 bis März 2004 im Rahmen studentischer Arbeiten überholt, instandgesetzt und neu eingemessen.
Strömungskanal für verdünnte Gase
Entsprechend ihrer Eigenschaften erfolgt die Nutzung der Anlage oft gemeinsam mit der Professur für Raumfahrtsysteme. Ferner diente bzw. dient sie zu Versuchen wie
- Erprobung der Lufttransporttauglichkeit von Geräten aller Art,
- Charakterisierung des Betriebsverhaltens von Plasmaaktuatoren,
- Rapid Decompression Tests an kleineren Flugzeugstrukturen, v.a. Befestigungselementen,
- Prinzipuntersuchungen zur Dichtekorrektur bei Hitzdrahtmessungen und anderen Sensoriken,
- Untersuchung von Konvektionsproblemen in gaskinetischen Umgebungen.
Hitzdrahtsonde im Strömungskanal für verdünnte Gase
Angetrieben wird die Strömung durch einen 22-kW-Motor über ein Radialgebläse. Für sehr hohe Geschwindigkeiten ist eine Kühlung des Kreislaufs vorgesehen. Die Evakuierung des Systems erfolgt über zwei Vakuumpumpen. Die Zugänglichkeit des Messraums ist neben den beiden großen Türen durch eine Anzahl von Stutzen für Kabeldurchführungen gegeben.
- min. Arbeitsdruck: ca. 500 Pa
- max. Geschwindigkeit: 100 m/s
- Düsendurchmesser: 100 mm
- Kontraktionsverhältnis: 64:1
Zwei eng gekoppelte Versuchsanlagen befinden sich im "Zweiphasenraum" 04 des Windkanalgebäudes. Sie können alternativ betrieben werden und sind über ein Rohrleitungssystem an ein Axial- und ein Radialgebläse angeschlossen, die ebenfalls alternativ betrieben werden können.
Radialgebläse mit 130-kW-Motor
Axialgebläse; 5.6 kW, Saug-/Druckbetrieb über Drehrichtungsumkehr
Radialgebläse; 130kW, Saug-/Druckbetrieb über Schieberstellung
Kalibrierung einer pneumatischen Sonde an der Blasstrecke
Die Blasstrecke dient vor allem der Kalibrierung von Messinstrumenten sowie einfachen Versuchen im Rahmen der studentischen Ausbildung.
Düsenaustritt: 200 mm
Kontraktion: 9:1
max Geschwindigkeit: 16 / 100 m/s (Axial/Radialgebl.)
Zur Ausrüstung gehören Sondentraversen für Anstell- und Schiebewinkel sowie linear in zwei Achsen.
Der Saugkanal hat einen etwa quadratischen Querschnitt von 500x500 mm2. Er saugt im wesentlichen ohne Kontraktion aus der Umgebung an, die Strömung wird nur durch einen doppelten Wabengleichrichter und ein ebenfalls doppeltes Sieb vergleichmäßigt. Durch den Druckverlust in der Ansaugung herrscht im Inneren relativ starker Unterdruck. Der wiederum erlaubt eine leichte Zugabe von Nebel, Rauch oder anderen Partikeln. Ein kleines mitlaufendes Band unter der Messstrecke dient zu Untersuchungen an schnell bewegten Komponenten in Verarbeitungsmaschinen.
Mitlaufendes Band unter der Messstrecke des Saugkanals
Zum Einsatz kam der Saugkanal ferner im Rahmen des SPP-1147 "Bildgebende Messverfahren" -
Die Arbeit an der Kühlung von Kraftwerksanlagen hat sich zu einem ganzen Forschungsfeld der Arbeitsgruppe entwickelt. Im Laufe der Jahre wurde ein kaum zu ermessender Erfahrungsschatz angesammelt. Der Versuchsstand wird ständig den wechselnden Anforderungen durch die technische Entwicklung und die konkreten Bauvorhaben angepasst. Zur Sicherstellung der strömungsmechanischen Ähnlichkeit zwischen Modell und Original ist es nicht ausreichend, einfach eine maßstäbliche Verkleinerung der Gesamtanlage vorzunehmen. Stattdessen sind wegen der Zähigkeitseffekte die Anzahlen der Pole in Stator und Rotor sowie die der Statorpakete im Modell deutlich geringer und es fällt in jeder Raumrichtung und für jede Komponente ein eigener Verkleinerungsmaßstab an. Damit werden die Strömungsverhältnisse insgesamt möglichst originalgetreu wiedergegeben.
Zur Bestimmung von ganzen Anlagenkennlinien wird der Kühlluftstrom bei Bedarf über einen externen Kreislauf gefördert und präzise vermessen.
Generatorversuchsstand mit Ringleitungen zur externen Kühlluftstrommessung
Leistungsumfang:
- Messungen von Druckverlust und Wärmeübergang in den Statorpaketen (direkt mit Wärmestromsensoren oder anhand von Analogien im NH3-Absorbtionsverfahren),
- Untersuchung von Strömungsablösungen in den Kanalführungen (separate Messungen, z.B. mit LDA in originalgroßen Modellen),
- Bestimmung der Eigenförderleistung der Rotoren,
- bei Rotor-Drehzahlen bis 3600 min-1, Umfangsgeschwindigkeiten bis 120 m/s,
- und externen Volumenströmen bis 4m3/s.
History
Project planning for the wind tunnel started in 1954 under the direction of Professor W. Richter, head of the intstitute for applied aerodynamics of the faculty for aeronautics in these days. Preliminary investigation had been conducted by the professors Albring and Klose. The foundation stone was layed in 1955. Due to shortage of funding construction work were being interupted from january 1957 to april 1958. Afterwards, the research center of the aeronautical industry was responsible until 1961. An expertise initiated by Prof. Albring proved the importance of the wind tunnel for education and aerodynamic research in the GDR. This way, demolition of the wind tunnel tube and use of the building for other purposes could be prevented. However, employees had to acquire all fund on their own until 1968. Then, after reformation of the universities in the GDR, the wind tunnel was integrated into the division of fluid mechanics.