DE102007035465A1

DE102007035465A1 - Versuchsanordnung mit einem Versuchsmodell und wenigstens einem Steuerelement sowie ein zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102007035465A1
Application number: DE200710035465
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. Maier; Andreas Wildschek
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-05
Also published as: WO2009013318A2; WO2009013318A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Versuchsanordnung (10) mit einem Versuchsmodell (20), das zur strömungsdynamischen Untersuchung mit einer Strömung (S) beaufschlagbar ist und das wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells (20) im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) aufweist. Ferner ist eine stromaufwärts des Versuchsmodells (20) angeordnete Strömungseinstelleinrichtung (60) zur Beeinflussung der Strömung (S) und eine Sensorik (80) zur Erfassung der das Versuchsmodell (20) beaufschlagenden Strömung (S) vorgesehen, wobei das Steuerelement (22, 23, 24, 25 26) in Abhängigkeit von wenigstens einem von der Sensorik (80) ermittelten Wert und/oder in Abhängigkeit von der Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung (60) verstellbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein solches Verfahren und einen Aktor zur Verwendung in einer solchen Anordnung oder einem solchen Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versuchsanordnung mit einem Versuchsmodell, das zur strömungsdynamischen Untersuchung mit einer Strömung beaufschlagbar ist und das wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren und einen Aktor zur Verwendung in einer solchen Anordnung und/oder einem solchen Verfahren.
Während des Fluges werden Strukturmoden oder Starrkörpermoden eines Flugzeugs oder eines sonstigen Luftfahrzeugs durch Böen und turbulente Atmosphäre angeregt. Hierdurch wird die Struktur bzw. der Starrkörper belastet und das Flugverhalten verschlechtert. Es können Strukturvibrationen auftreten.
Solche Strukturmoden lassen sich aktiv durch Rückführregelung dämpfen. Dabei ist der Aufbau und die Einstellung der Regelung kritisch; beides ist letztlich derzeit nur durch teure Flugversuche optimierbar, die teils sehr risikoreich für die Piloten und das teure Versuchsflugzeug sind.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Notwendigkeit solcher Flugversuche zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Versuchsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur strömungsdynamischen Untersuchung des Versuchsmodells ist Gegenstand eines Nebenanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich ein Versuchsmodell, insbesondere ein Luftfahrzeugmodell wie Flugzeugmodell oder auch ein Modell eines Teils von einem solchen Luftfahrzeug in einem Windkanal strömungsdynamisch untersuchen, um so auf einfache Weise das Flugverhalten eines Flugzeugs zu verbessern.
Eine Idee der Erfindung liegt demnach darin, eine stromaufwärts des Versuchsmodells angeordnete Strömungseinstelleinrichtung zur Beeinflussung der das Versuchsmodell beaufschlagenden Strömung und eine Sensorik zur Erfassung der das Versuchsmodell beaufschlagenden Strömung beziehungsweise deren durch die Strömungseinstelleinrichtung verursachten Störungen vorzusehen, wobei das Steuerelement in Abhängigkeit von wenigstens einem von der Sensorik ermittelten Wert und/oder in Abhängigkeit von der Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung verstellbar ist. Die Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung umfasst auch die Veränderungen der Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung. So können beispielsweise die verschiedenen Einstellungen bzw. Positionen der Strömungseinstelleinrichtung gespeichert und miteinander verglichen werden und daraus bestimmte Werte zur Verstellung wenigstens eines Steuerelementes ermittelt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung können die durch die Strömung erzeugten Schwingungen gedämpft und/oder die strömungsdynamischen Belastungen auf das Versuchsmodell reduziert und somit ein verbessertes simuliertes Flugverhalten erzielt werden. Die Sensorik kann über den ermittelten Wert ein Referenzsignal zur Steuerung wenigstens eines der Steuerelemente generieren.
Mit dem vorgeschlagenen Versuchsaufbau wird es ermöglicht, das Echtzeitverhalten eines Luftfahrzeugs mittels der Versuchsanordnung zu untersuchen, bevor die eigentlichen Flugversuche durchgeführt werden. Der Versuchsaufbau eignet sich sowohl zum Testen einer Vorsteuerregelung als auch einer Rückführregelung.
Bei der Rückführregelung erfasst die Sensorik vorzugsweise die in der Umgebung des Steuerelement erfassten Strömungswerte, die Strukturbeschleunigungen und/oder Belastungen/Dehnungen, ermittelt über eine Steuereinheit die dynamische Belastung oder die Schwingung der Struktur des Versuchsmodells und gibt anschließend ein entsprechendes Signal an das Steuerelement, insbesondere einen Stellantrieb, zur Verstellung des Steuerelements, um das simulierte Flugverhalten zu verändern.
Hingegen wird bei der Vorsteuerregelung, wie sie insbesondere in der nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP 06 001 510.4 beschrieben und gezeigt ist, auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird und die Teil der hiesigen Offenbarung ist, vorzugsweise in einem Bereich entfernt von dem Steuerelement, beispielsweise stromaufwärts des Steuerelementes, mittels der Sensorik ein Strömungswert ermittelt, woraufhin die Steuereinheit das Steuerelement entsprechend ansteuern kann, um die dynamische Belastung der Struktur oder eines Strukturabschnittes zu verändern. Die angegebene Versuchsanordnung kann sowohl zur Untersuchung bzw. Abstimmung einer Vorsteuerregelung als auch einer Rückführregelung verwendet werden.
Mit Hilfe einer solchen Vorsteuerregelung können Strukturvibrationen wesentlich effizienter reduziert werden. Dabei ist besonders bevorzugt, den Vorsteuer-Strukturregler adaptiv auszuführen. Das erfordert allerdings eine intensive Untersuchung des Echtzeitverhaltens. Dies lässt sich insbesondere mit der erfindungsgemäßen Lösung und/oder deren vorteilhaften Ausgestaltungen vor Durchführung der wesentlich sicherheitskritischeren Flugversuche durchführen.
Selbstverständlich kann der Aufbau aber auch dazu benutzt werden, z. B. andere Regelarten, wie beispielsweise Rückführstrukturregler zu testen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform umfasst die Strömungseinstelleinrichtung einen Stellkörper und eine Verstelleinheit. Vorzugsweise ist der Stellkörper ein Flügelelement. Weiter bevorzugt umfasst die Verstelleinheit einen Antrieb zur Bewegung und/oder Feststellung des Stellkörpers. Vorteilhafterweise umfasst der Antrieb einen Motor. Ferner kann der Antrieb derart eingerichtet sein, dass die Verstelleinheit wenigstens einen oder mehrere Freiheitsgrade hinsichtlich der Verstellbarkeit des Stellkörpers bereitstellt. Beispielsweise kann die Verstelleinheit in bis zu drei Richtungen translatorisch und/oder bezüglich bis zu drei Achsen verdrehbar ausgestaltet sein.
Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit zur Steuerung der Strömungseinstelleinrichtung, insbesondere der Verstelleinheit, und/oder wenigstens eines der Steuerelemente vorgesehen. Diese Steuereinheit kann beispielsweise die oben genannte Vorsteuerregelung beinhalten bzw. umsetzen.
Die Steuereinheit weist vorzugsweise eine Regelungsvorrichtung zum aktiven Verringern von Strukturschwingungen in einem Luftfahrzeug auf, mit einer Rückführregelungseinrichtung, die anhand von Schwingungen in dem Luftfahrzeug wenigstens einen Aktor zum Dämpfen der Schwingungen steuert.
Derartige Regelungsvorrichtungen stellen in modernen Luftfahrzeugen sicher, dass sich Schwingungen, die beispielsweise durch Motoren oder auch durch äußere Einflüsse in dem Luftfahrzeug angeregt werden, nicht aufgrund von Eigenresonanzen des Luftfahrzeugs weiter verstärken können. Insbesondere bei großen Luftfahrzeugen lässt sich ohne derartige Regelungsvorrichtungen unter Flugbedingungen eine deutliche Schwingungsausprägung nachweisen. Da solche Struk turschwingungen das Material des Luftfahrzeugs zusätzlich belasten, besteht ein großes Interesse an einer Unterdrückung dieser Strukturschwingungen.
Weiter bevorzugt hat diese Regelungsvorrichtung eine Vorsteuerregelungseinrichtung, welche wenigstens einen Sensor zum Feststellen von Einwirkungen, die Strukturschwingungen anregen können, aufweist, und die ein zusätzliches Regelsignal zum Gegensteuern durch die Aktoren liefert.
Eine solche Regelungsvorrichtung hat den Vorteil, dass externen Anregungen entgegengesteuert werden kann, bevor sie in dem Körper des Luftfahrzeugs Strukturschwingungen anregen können. Folglich wird der Körper des Luftfahrzeugs mechanisch entlastet und somit die Lebensdauer sowie die Verkehrssicherheit erhöht. Die Einstellung und die Ausbildung einer solchen Regelungsvorrichtung können in der Versuchanordnung getestet und optimiert werden. Mit einer solchen Einstellung kann eine die gleiche oder eine vergleichbare Regelungsvorrichtung dann in einem Luftfahrzeug eingesetzt werden.
In der nicht veröffentlichten und damit nicht zum Stand der Technik gehörenden europäischen Patentanmeldung 06 001 510 wird eine adaptive Vorsteuerregelung beschrieben. Es wird für weitere Einzelheiten auf diese Druckschrift verwiesen.
Bei einer vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit mit einer solchen Vorsteuerregelung kombiniert mit einer Rückführregelung versehen.
Vorteilhaft ist der Sensor als Böensensor ausgebildet. Dies ergibt den Vorteil, dass die häufigste äußere Einwirkung auf Luftfahrzeuge, nämlich Windböen/Turbulenzen, von der Regelungsvorrichtung erkannt werden können.
Der Sensor kann ein induktiver Sensor sein.
Bevorzugt ist der Sensor ein kombinierter Anstellwinkel- und Böensensor. Die Zahl der Öffnungen in der Außenhaut des Luftfahrzeugs und somit die Zahl der aerodynamisch ungünstigen Stellen an der Außenhaut des Luftfahrzeugs und/oder die Zahl der Subsysteme wird dadurch reduziert, da nur noch ein einzelner Sensor zur Messung des Anstellwinkels und der Böenstärke benötigt wird.
Die Vorsteuerregelungseinrichtung weist bevorzugt einen „Infinite Impulse Response Filter" (IIR) oder einen Finite Impulse Response Filter (FIR) auf.
Vorteilhaft weist die Regelungsvorrichtung eine Additionsvorrichtung zur Addition der Regelsignale der Rückführregelungseinrichtung und der Vorsteuerregelungseinrichtung auf, die ein Ansteuerungssignal für die Aktoren bereitstellt. Dadurch werden die Reglerelemente der Rückführregelungseinrichtung und der Vorsteuerregelungseinrichtung so kombiniert, dass nurmehr ein einzelner Regelkreis zur Dämpfung von Strukturschwingungen und gleichzeitig zur Kompensation externer Einflüsse notwendig ist.
Zur Halterung des Versuchsmodells beispielsweise innerhalb eines Windkanals und/oder in Relativposition zur Strömungseinstelleinrichtung kann eine erste Befestigungsvorrichtung vorgesehen sein. Ferner kann eine zweite Befestigungsvorrichtung zur Halterung der Strömungseinstelleinrichtung vorgesehen sein. Um möglichst wenige Störungszonen innerhalb des Windkanals zu erzeugen, hält in vorteilhafter Ausgestaltung die erste Befestigungsvorrichtung das Versuchsmodell und/oder die zweite Befestigungsvorrichtung die Strömungseinstelleinrichtung von unten aus.
Um den Einfluss von Strukturreglern auf das flugmechanische Verhalten von Flugzeugen oder anderen Luftfahrtgeräten oder die flugmechanischen Eigenschaften an sich in einem Windkanal zu untersuchen, sollte das Versuchsmodell, wie beispielsweise ein Flugzeugmodell, in einer geeigneten Position innerhalb des Windkanals positioniert und gehalten werden, um die während des Versuches auftretenden strömungsdynamischen Belastungen untersuchen zu können.
Bei einer starren Aufhängung des Versuchsmodells könnte die Strömungsmechanik nicht dynamisch, untersucht werden. Um die Mechanik auch in der Bewegung, beispielsweise eine Flugmechanik im Flug, zu testen, könnte man zum Beispiel das Versuchsmodell frei beweglich an Seilen aufhängen, so dass es von seinem eigenen Auftrieb getragen wird. Nachteilig ist hierbei, dass durch die Seilaufhängung Pendelmoden generiert würden, die ein das zu untersuchendes Strömungsverhalten, beispielsweise Flugverhalten negativ beeinflussen. Ferner wäre es möglich, das Versuchsmodell frei beweglich an einer starren vertikalen Stange zu befestigen. Bei einer solchen Aufhängung an einer starren Stange würde allerdings die Aerodynamik insbesondere im Bereich eines Seitenleitwerkes stark gestört.
Um die Versuchanordnung dahingehend weiterzubilden, dass bei einer strömungsdynamischen Untersuchung des Versuchsmodells möglichst wenig fehlerbehaftete Ergebnisse des flugmechanischen Verhaltens erzielt werden, wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die erste Befestigungsvorrichtung derart ausgebildet und bezüglich der Strömung und des Versuchsmodells positioniert ist, dass das Steuerelement nicht in einer durch die die Befestigungsvorrichtung beaufschlagenden Strömung hervorgerufenen Störungszone liegt. Mit anderen Worten beeinflusst die infolge der Anströmung der Befestigungsvorrichtung sich ergebende Störungszone stromabwärts der Befestigungsvorrichtung im Wesentlichen nicht das oder die Steuerelemente, wie beispielsweise das Seitenleitwerk, ein anderes Leitwerk oder dergleichen.
Ein Vorteil besteht darin, dass insbesondere bei einem Flugzeugmodell als Versuchsmodell, die das Flugverhalten im Wesentlichen simulierenden Leitwerke als die Steuerelemente nur geringen oder gar keinen Störungen der Luftströmung ausgesetzt sind. So können bessere Versuchsergebnisse erzielt werden. Beispielsweise wird bei einer am unteren Rumpf eines Flugzeugversuchsmodells angebrachten Befestigungsvorrichtung die Aerodynamik nur unterhalb des Modellrumpfes gestört. Die Anströmung des Seitenleitwerks bleibt hingegen weitgehend ungestört. So lässt sich auf einfache Weise die Situation eines freifliegenden Flugzeugmodells im Windkanal simulieren, ohne dass die Aerodynamik, die Flugmechanik oder die Strukturdynamik des Windkanalmodells gestört wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die erste Befestigungsvorrichtung derart positioniert, dass sie das Versuchsmodell von unten hält. Mit anderen Worten ist die erste Befestigungsvorrichtung derart angeordnet, ausgerichtet und/oder bemessen, dass sie die die bei einem Windkanaltest infolge der Luftströmung anfallenden dynamischen Kräfte im Wesentlichen in einer Richtung nach unten abtragen kann.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die erste Befestigungsvorrichtung an dem Versuchsmodell in einer im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Richtung, und insbesondere in einer im wesentlichen vertikalen Richtung. Auf diese Weise kann die Befestigungsvorrichtung weitgehend schlank ausgebildet werden, so dass sie nur eine geringe Aufprallfläche für die anfallende Luftströmung bildet und somit weniger Störungen stromabwärts der Befestigungsvorrichtung generiert werden. Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung auch zur Vertikalen geneigt, beispielsweise mittels mehrerer Streben, ausgebildet werden. Von Vorteil ist jedoch, wenn die Befestigungsvorrichtung eine hinsichtlich der Anströmung möglichst geringe Angriffsfläche für den Wind bereitstellt, d. h. beispielsweise durch lediglich eine Vertikalstrebe ausgebildet ist. So ist es bei einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass sich die Befestigungsvorrichtung im Wesentlichen senkrecht erstreckt.
Um das Flugverhalten möglichst gut simulieren zu können, weist die Befestigungsvorrichtung hinsichtlich der Bewegbarkeit des Versuchsmodells wenigstens einen Freiheitsgrad auf. Vorzugsweise betrifft der Freiheitsgrad eine Höhenverstellbarkeit des Versuchsmodells. Insbesondere ist es zur Untersuchung von Regelvorrichtungen, wie z. B. Strukturreglern auf das flugmechanische Verhalten von Luftfahrzeugen, wie z. B. Flugzeugen, oder zur Untersuchung der flugmechanischen Eigenschaften an sich im Windkanal vorteilhaft, ein Versuchsmodell des Luftfahrzeuges im Windkanal frei beweglich derart aufzuhängen, dass es von seinem eigenen Auftrieb getragen wird. Hierzu ist die Befestigungsvorrichtung mit dem Freiheitsgrad in vertikaler Richtung geeignet, die dazu dient, das Versuchsmodell so festzuhalten, dass es möglichst frei „fliegen" kann und hierzu in Richtung der Anströmung nicht verschiebbar gelagert ist. So simuliert die Befestigungsvorrichtung die Schubkraft.
Alternativ oder zusätzlich betrifft der Freiheitsgrad eine Drehbarkeit des Versuchsmodells bezüglich einer Drehachse. Diese Drehachse kann im Wesentlichen parallel und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Anströmrichtung ausgerichtet sein. Infolge der Generierung eines Freiheitsgrades oder mehrerer Freiheitsgrade können weitere Verbesserungen hinsichtlich der Versuchsergebnisse zur Simulation des Flugverhaltens erzielt werden.
Vorteilhafterweise verhindert die Befestigungsvorrichtung eine Bewegung des Versuchsmodells in der Anströmrichtung, um so eine Schubkraft zu simulieren. Zugleich ermöglicht eine durch eine Höhenverstellbarkeit ermöglichte Auf- und Abbewegung des Versuchsmodells eine weiter verbesserte Simulation des Flugverhaltens. Alternativ oder zusätzlich kann das Simulationsverhalten des Ver suchsmodells mittels einer Drehbarkeit, vorzugsweise um eine Vertikalachse, weiter verbessert werden. Hierdurch kann der Einfluss des sogenannten Gierens berücksichtigt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Befestigungsvorrichtung ein in einer vertikalen Richtung bewegbares Zylinder- oder Stangensegment. Vorzugsweise ist dieses Zylinder- oder Stangensegment mehrteilig, d. h. mit mehreren ineinander verfahrbaren Zylinder- oder Stangenbauteilen ausgestattet. Weiter bevorzugt ist die Befestigungsvorrichtung und insbesondere das Zylinder- oder Stangensegment teleskopierbar. Dies ermöglicht vorerwähnte Auf- und Abbewegung zur Höhenverstellbarkeit des Versuchsmodells.
Um den Einfluss der Befestigungsvorrichtung auf die Strömung möglichst gering zu halten, ist die Befestigungsvorrichtung an einer Unterseite des Versuchsmodells befestigt. Weiterhin ist es bevorzugt, die Befestigungsvorrichtung in der Anströmrichtung stromlinienförmig auszubilden. So kann beispielsweise oben genannter Hubzylinder im Querschnitt etwa ellipsenförmig, tropfenförmig oder dergleichen geformt sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Versuchsmodell in keine, eine oder mehrere Richtungen frei drehbar an einer Teleskopstange als die Befestigungsvorrichtung montiert. Die Teleskopstange verhindert die Bewegung des Versuchsmodells in Anströmrichtung, aber ermöglicht eine Auf- und Abbewegung und eventuell auch die Drehung um die Achse der Teleskopstange. Somit fliegt das Versuchsmodell frei im Windkanal.
Während alle bisher verwendeten Aufhängungen entweder physikalische Starrkörpermoden behindern, unphysikalische Starrkörpermoden generieren, die Aerodynamik vor allem des Seitenleitwerks stören oder Strukturmoden von Luftfahr zeugmodellen beeinflussen, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung in bevorzugter Ausgestaltung der Einfluss von Regelvorrichtungen auf das flugmechanische Verhalten sowie die flugmechanischen Eigenschaften ohne Störung durch die Befestigung untersuchen.
Besonders bevorzugt weist die erste Befestigungsvorrichtung zur Halterung des Versuchsmodells in dem Windkanal eine Teleskopaufhängung mit wenigstens einem die Bewegbarkeit des Versuchsmodells generierenden Freiheitsgrad auf. Mit anderen Worten handelt es sich um eine Windkanalteleskopaufhängung.
Unter einer "Aufhängung" soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Baueinheit verstanden werden, die das Versuchsmodell von insbesondere einer zu untersuchenden Steuerelementen abgewandten Seite aus hält. Vorzugsweise wird als Versuchsmodell ein Flugzeugmodell eingesetzt. Es können aber auch andere Versuchsmodelle zur Untersuchung des Flugverhaltens anderer Luftfahrzeugtypen herangezogen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Freiheitsgrade vorgesehen, wobei ein erster Freiheitsgrad eine translatorische Bewegung des Versuchsmodells und ein zweiter Freiheitsgrad eine rotatorische Bewegung des Versuchsmodells zulässt.
Um weitere Verbesserungen der Ergebnisse der strömungsdynamischen Untersuchung des Versuchsmodells erzielen zu können, ist es von Vorteil, wenn das Versuchsmodell mittels der ersten Befestigungsvorrichtung oder die Strömungseinstelleinrichtung mittels der zweiten Befestigungsvorrichtung bezüglich wenigstens eines Freiheitsgrades, insbesondere bezüglich der Höhe und/oder des Anstellwinkels, verstellbar ist. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Versuchsmodell in einem bestimmten Abstand bezüglich der Strömungseinstelleinrichtung positioniert ist, wobei der Abstand veränderbar ist. Beispielsweise kann die Strömungseinstelleinrichtung auf einer oder mehreren Führungsschienen und/oder Laufrädern gelagert sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sensorik wenigstens einen Sensor umfasst, der einen strömungstechnischen Parameter der Strömung erfasst. Dieser Sensor kann an dem Versuchsmodell angeordnet sein, beispielsweise im Bereich eines hinsichtlich der Anströmrichtung stromaufwärtigen Endes des Versuchsmodells. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor im Bereich eines Steuerelementes angeordnet sein. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Sensor eine Höhensensor, ein Drucksensor und/oder eine Windfahne.
Besonders bevorzugt ist zum Bilden des Sensors ein Windfahnenelement für ein Luftfahrzeug vorgesehen mit einer Windfahne, die sich nach der Windrichtung ausrichtet, und mit einem Drehwinkelsensor, der eine Winkelstellung der Windfahne als Messsignal bereitstellt.
Bisher werden ähnliche Windfahnen in Flugzeugen als Anstellwinkelsensoren eingesetzt. Um aus einem solchen Windfahnenelement einen einfach zu verarbeitenden Messwert des Anstellwinkels zu erhalten, ist bisher entweder vor oder nach der Messung ein Tiefpass vorgesehen, der die Anteile höherer Frequenzen an dem Messergebnis filtert. Bei bekannten Windfahnen ergibt sich aber auch insbesondere aus Reibungsverlusten der mechanischen Komponente eine (bisher erwünschte) Tiefpasswirkung, so dass diese Windfahnenelemente den Mittelwert ihrer Winkelstellung zurückliefern.
Bei der Benutzung als Anstellwinkelsensoren ist es gerade regelmäßig unerwünscht, wenn sich die Windfahnen durch kleinere Böen- oder sonstige Turbulenzen auslenken. Daher sind diese Anstellwinkelsensoren durch viskose oder sons tige Reibmittel reibbehaftet, um durch eine mechanische Dämpfung eine Störung der Anstellwinkelmessung durch Turbulenzen oder Böen zu vermeiden.
Um einen Sensor bereitzustellen, der sehr flexibel einsetzbar ist und verschiedene Messbereiche und Messwerte zur Verfügung stellen kann arbeitet bei dem Windfahnenelement der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Drehwinkelsensor berührungslos. Dieses Windfahnenelement hat den Vorteil, dass die Bewegung der Windfahne leichter erfolgen kann. Das Windfahnenelement ist gerade so ausgebildet, dass es besonders leicht drehbar ist, und so auch durch Turbulenzen und Böen beeinflussbar ist. Dadurch lässt sich das Windfahnenelement besonders gut als Böensensor und damit als Eingangssensor für eine Vorsteuer-Strukturregelung nutzen.
Ein besonders leichtgängiger Drehwinkelsensor wird insbesondere durch eine induktive oder kapazitive Messwertaufnahme erreicht. So kann man eine Drehwinkelmessung ohne mechanischen Zwischenelemente durchführen und damit den Drehwinkelsensor besonders leichtgängig machen.
Vorteilhaft weist das Windfahnenelement ein Ausgleichsgewicht auf. Dieses Ausgleichsgewicht stellt sicher, dass die von der Masse der Windfahne ausgeübte Gravitationskraft das Messergebnis nicht verfälscht.
Der Drehwinkelsensor arbeitet bevorzugt nach einem induktiven Messprinzip. Damit ist gewährleistet, dass bei der Messung keine zusätzliche Dämpfung auftritt.
In bevorzugter konkreter Ausgestaltung folgt eine Windfahne mit Ausgleichsmasse den Richtungsänderungen einer Anströmung (Böen) und dreht dabei die Achse. Diese Achse ist weiter bevorzugt mit einem induktiven Drehwinkelaufnehmer verbunden, der praktisch widerstandslos, ohne Zeitverzug, und mit sehr hoher Auflö sung den Drehwinkel bis zu höheren Frequenzen misst. Das Signal wird anschließen in einen Gleichanteil (DC) und einen Frequenzanteil (AC) zerlegt. Der AC-Anteil lässt sich beispielsweise als Referenzsignal für die Böen verwenden. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine Vorrichtung zum Vermindern oder Vermeiden von Strukturschwingungen in einem Luftfahrzeug, welche durch Böen induziert werden, zu schaffen. Beispielsweise kann ein Feed-Forward-Strukturregler mit einem solchen Referenzsignal betrieben werden. Der DC-Anteil kann dazu benutzt werden, den Anstellwinkel zu messen, so dass das Windfahnenelement parallel als Anstellwinkelsensor nutzbar ist.
Weiter bevorzugt ist das Windfahnenelement zur Erfassung hoher Frequenzen, insbesondere solche, die in Windböen messbar sind, geeignet. Mehr bevorzugt ist das Windfahnenelement zur Erfassung von Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 50 Hz geeignet. Damit können schnelle Veränderungen in der Anströmung zuverlässig erkannt und gemessen werden.
Der Drehwinkelsensor kann das Messsignal in einen hochfrequenten und einen niederfequenten Anteil trennen. Somit ist es möglich, den Einfluss der generellen Strömungsrichtung von kurzfristigen Störungen zu unterscheiden.
Weiter bevorzugt weist der Drehwinkelsensor je einen separaten Ausgang für den hochfrequenten und den niederfrequenten Anteil des Messsignals auf. Diese Signale können ohne zusätzliche Beschaltung für Regelaufgaben verwendet werden.
Dies alles reduziert die Komplexität der Sensoranlage des Luftfahrzeugs oder dessen Versuchmodells.
Um das zu untersuchende Strömungsverhalten zur Simulation des Flugverhaltens auf einfache und schnelle Weise zu verändern, ist das Steuerelement von einem Aktuator oder Aktor verstellbar.
Der Aktor ist bevorzugt Teil eines aerodynamisches Profil, das an einer einer Abströmung abzuwendenden Seite einen eine Hinterkante bildenden Hinterkantenbereich hat.
Die Realisierung von Aktuatorik im Windkanalmodellen ist aufgrund von oft sehr kleinen Baugrößen sehr schwierig und kostenaufwendig. Beispielsweise wurden Klappenantriebe mit Exzentermotoren für Windkanalmodelle mit oszillierenden Klappen verwendet. Dies hat allerdings den Nachteil, dass Amplitude, Phasen und Frequenz von Klappenausschlägen nur sehr langsam verändert werden können.
Für Windkanalversuche mit Regelungen, beispielsweise zur Untersuchung eines Regelmechanismus zum Ausregeln von Strukturschwingungen, sind solche Antriebe viel zu langsam.
Prinzipiell könnte die Verwendung von hydraulischen Klappenantrieben eine Lösung darstellen, die aber sehr aufwendig und teuer ist und nur bei niedrigen Frequenzen nutzbar ist.
Um ein aerodynamisches Profil zu schaffen, von dem ein Bereich, insbesondere ein Hinterkantenbereich, sehr schnell und mit genügend großer Amplitude zur Veränderung von strömungsmechanischen Eigenschaften verstell- oder veränderbar ist, und das dennoch einfach und kostengünstig aufgebaut und stark miniaturisierbar ist der Aktor (dieser Begriff schließt Aktuatoren ein) im Inneren des Hinterkantenbereichs vorgesehen, so dass damit zumindest ein Teilbereich des hinteren Kantenbereiches oder der daran ausgebildeten Hinterkante bezüglich Lage und/oder Form veränderbar ist. Durch die Anordnung im Innern hat diese Aktuatoranordnung keinen störenden Einfluss auf die mit dem aerodynamischen Profils untersuchende oder zu erreichende Strömungseigenschaft. Dadurch, dass ein mittels Steuersignalen oder dergleichen steuerbar kontrahier- oder expandierbares Material oder Element, beispielsweise aus einem solchen Material, für den Aktor verwendet wird, lässt sich dieser schnell ansteuern und gut miniaturisieren.
Wenn der Hinterkantenbereich elastisch ausgebildet ist, lässt er sich durch den Aktor insgesamt verformen, so dass durch die Verformung beispielsweise ein Effekt wie eine Klappeneinstellung an Flügelhinterkanten von Luftfahrzeugen untersuchbar ist, ohne solche aufwendige Klappen und entsprechende Stellmotoren hierfür vorsehen zu müssen.
Besonders bevorzugt weist der Aktor als gesteuert kontrahierbares oder expandierbares Material ein piezoelektrisches Material auf. Solche Materialien sind auch mit sehr hohen Frequenzen, beispielsweise in kHz-Bereich ansteuerbar. Der Aktor reagiert somit sehr schnell und ist auch sehr gut miniaturisierbar.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist eine Piezoaktorik in der Flügelhinterkante oder Leitwerkhinterkante integriert. Die so integrierte Aktorik stört somit die Strömung nicht.
Weiter ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Aktor mit einem einfachen Wegverstärker versehen, mit dem große Ausschläge realisiert werden können. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist auch der Wegverstärker aufgrund seiner Einfachheit stark miniaturisierbar. So ausgestattete Aktoren können für die Aktuatorik in dem Windkanalmodell hervorragend eingesetzt werden.
Ein solcher Wegverstärker wird besonders bevorzugt durch ein elastisch verformbares flaches Element oder Flächenelement gebildet. Beispielsweise ist ein plattenförmiges Element oder streifenförmiges Element vorgesehen. Dieses Flächenelement ist auf einer seiner Breitflächen zumindest teilweise mit einer Schicht versehen, die – beispielsweise unter Anlegung einer Spannung oder von sonstigen Steuersignalen – gesteuert kontrahierbar oder expandierbar ist.
Die Schicht ist mit dem Flächenelement verbunden; eine Ausdehnung an einer Seite der Breitflächen bewirkt – ähnlich wie bei einem Bimetall – eine Verbiegung des Flächenelements. Dadurch kann auch bei einer geringen Kontraktion oder Extraktion ein weitaus größerer Verstellweg erreicht werden.
Auf diese Weise lässt sich das Flächenelement gesteuert verformen. Wird daran ein beweglicher Hinterkantenbereich angeschlossen, so lässt sich damit der Hinterkantenbereich verformen oder in seiner Lage verändern.
Das mit einem solchen Aktor versehene Profil sowie der entsprechende Aktor können stark miniaturisiert werden, arbeiten bis zu Frequenzen in kHz-Bereich, sind einfach, nicht kostenaufwendig und reagieren praktisch ohne Zeitverzug auf Phasen-, Frequenz- und Amplitudenänderungen.
Durch eine Wölbung des Flächenelements kann die Wegverstärkung beeinflusst werden. Insbesondere können bei entsprechender Wölbung die Stellkraft und der Stellweg eingestellt werden, die bzw. der bei einer bestimmten Spannung erzielbar ist, die an einem piezoelektrischen Material, mit dem das Flächenelement einseitig oder zweiseitig beschichtet ist, angelegt wird.
Das Flächenelement kann zusätzlich zur Verstärkung und Versteifung der Struktur des zu steuernden Kantenbereiches dienen.
Beispielsweise erstreckt sich hierzu ein als Flächenelement verwendetes platten- oder streifenförmiges Element im Inneren des Hinterkantenbereiches im Wesentlichen in Längsrichtung sowie in einer hierzu senkrechten Querrichtung des Profils, die im Wesentlichen der Hauptanströmungsrichtung, für dieses Profil ausgebildet ist, entspricht. Das vordere und hintere Ende des platten- oder streifenförmige Elements ist dann entsprechend an eine Haltestruktur bzw. die Innenseite der Hinterkante angeschlossen.
Vorteilhafterweise simuliert das Steuerelement ein Leitwerk eines Luftfahrzeugs, wobei das Leitwerk vorzugsweise ein Seiten-, Quer-, oder Höhenleitwerk simuliert. In weiter bevorzugter Weise simuliert das Steuerelement auch Klappenstellungen an Tragflächen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur strömungsdynamischen Untersuchung eines Versuchsmodells wird das Versuchsmodell mit einer Strömung beaufschlagt und umfasst wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement. Ferner beeinflusst eine stromaufwärts des Versuchsmodells angeordnete Strömungseinstelleinrichtung die Strömung, wobei eine Sensorik die das Versuchsmodell beaufschlagende Strömung erfasst, und wobei das Steuerelement in Abhängigkeit von wenigstens einem von der Sensorik ermittelten Wert und/oder in Abhängigkeit von der Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung verstellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich im Wesentlichen die oben bezüglich der Versuchsanordnung genannten Vorteile zu Nutze.
Vorteilhafterweise umfasst die Strömungseinstelleinrichtung einen Stellkörper und eine Verstelleinheit, wobei die Verstelleinheit den Stellkörper verstellt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die wenigstens eines der Steuerelemente und/oder die Strömungseinstelleinrichtung, insbesondere die Verstelleinheit, steuert.
Um auf iterativem Wege bessere Versuchergebnisse erhalten zu können, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass das Versuchsmodell mittels einer ersten Befestigungsvorrichtung und/oder die Strömungseinstelleinrichtung mittels einer zweiten Befestigungsvorrichtung bezüglich wenigstens eines Freiheitsgrades verstellt werden. Der Freiheitsgrad betrifft vorzugsweise die Höhe und/oder den Anstellwinkel des Versuchsmodells und/oder der Strömungseinstelleinrichtung relativ zur Strömung in den Windkanal.
Von Vorteil ist ferner, wenn das Versuchsmodell in einem vorbestimmten Abstand bezüglich der Strömungseinstelleinrichtung positioniert wird, wobei der Abstand vorzugsweise veränderbar ist.
Hinsichtlich der Sensorik ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sensorik wenigstens einen Sensor umfasst, der einen strömungstechnischen Parameter erfasst. In vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen werden, dass das Steuerelement von einem Aktuator verstellt wird.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform wird ein Flügel als der Verstellkörper in einem Windkanal geeigneter Größe derart positioniert, dass der Anstellwinkel des Flügels von einem Antrieb kontinuierlich variiert werden kann. Auf diese Weise werden Böen generiert, die sich mit Anströmgeschwindigkeit im Windkanal fortpflanzen. In einem geeigneten Abstand stromabwärts des Flügels ist ein elastisches Flugzeugmodell als Versuchsmodell, oder auch nur Teile eines Flugzeugs, wie beispielsweise ein Flügel, ein Leitwerk oder dergleichen an einer Aufhängung oder Abstützung im Wesentlichen voll beweglich befestigt. Während des Versuches werden die Strukturmoden des Flugzeugmodells von den erzeugten Böen angeregt. Die Aufhängung oder Abstützung wird vorzugsweise als Teleskopstange ausgeführt, so dass das Flugzeugmodell von seinem eigenen Auftrieb getragen wird. Das hat den Vorteil, dass der Einfluss von Böen sowie der Strukturregelung auf das flugmechanische Verhalten untersucht werden kann. Eine Teleskopstange ist insbesondere deshalb geeignet, da auf diese Weise das Flugzeugmodell auf- und abgleiten kann und ferner die Anströmung des zweiten Leitwerks nicht gestört wird. Weiterhin werden an der Nase des Flugzeugmodells die Böen von einem Böensensor gemessen. Dieser Sensor kann als Windfahne, Drucksensor oder dergleichen ausgeführt sein. Das Referenzsignal des Böensensors wird einem adaptiven oder robusten Vorsteuer-Strukturregler zugeführt, der Aktuatoren antreibt, um die Strukturschwingungen zu reduzieren. Diese Aktuatoren können als Klappen, Kraftaktoren oder dergleichen ausgeführt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Längsschnittes durch eine Windkanalanordnung mit einem Windkanal 40 und einer Versuchsanordnung 10;
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Teilbereich des Längsschnittes durch die Windkanalanordnung mit einem Detail bezüglich der Befestigung eines Windkanalmodells;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Windfahnenelements als Beispiel für einen bei der Windkanalanordnung zu verwendenden Sensor;
4 zeigt ein Blockschaltbild eines mit der Windkanalanordnung zu optimierenden Regelkreises zur Kompensation schwingungserzeugender Einwirkungen auf ein Flugzeug und zur Dämpfung von Strukturschwingungen in einem Flugzeugkörper;
5 eine schematische Ansicht eines berührungslosen Drehwinkelgebers als Teil des Sensors von 3;
6 eine Ausgangsstufe des Windfahnenelements; und
7 zeigt eine Seitenansicht einer piezoelektrisch verformbaren Flügelhinterkante des Windkanalmodells eines Luftfahrzeuges mit einem Steuerelement.
Wie in 1 gezeigt erstreckt sich ein Windkanal 40 entlang einer Horizontalrichtung H und ist durch eine äußere Hülle 42 begrenzt, welche einen unteren Abschnitt 44 umfasst, wobei die Hülle 42 einen tunnelartige Messstrecke bereitstellt und im Querschnitt betrachtet, d. h. senkrecht zur Zeichenebene in 1, im Wesentlichen kreisförmig oder rechteckigförmig ist.
Die Versuchsanordnung 10 umfasst ein durch eine Strömung S zu beaufschlagendes Versuchsmodell 20 in Form eines Flugzeugmodells, ein Gebläse 30 zur Erzeugung der Strömung S und eine Strömungseinstelleinrichtung 60 mit einem Stellkörper 62 in Form eines Flügels, einer Verstelleinheit 64 und einem Motor als Antrieb 66. Im vorliegenden Fall entspricht die Anströmrichtung der Strömung S im Wesentlichen der Horizontalrichtung H. Die Strömungseinstelleinrichtung 60 ist in einem vorbestimmten, aber variierbaren Abstand A von dem Versuchsmodell 20 positioniert.
Das Versuchsmodell 20 umfasst einen Rumpf 21 und mehrere Steuerelemente in Form zweier Tragflächen 22 mit Querrudern 23, eines Seitenleitwerks 24 mit einem Seitenruder 25 und zwei Höhenruder 26. Im Bereich des stromaufwärtigen Endes des Versuchsmodells 20 befindet sich eine Sensorik 80. Diese im Bereich der Flugzeugnase angeordnete Sensorik 80 umfasst vorliegend einen Böensensor 82.
Zur Halterung und Positionierung des Versuchsmodells 20 in einer vorbestimmten Position innerhalb des Windkanals 40 hält eine erste Befestigungsvorrichtung 50 das Versuchsmodell 20 von unten derart, dass die infolge der Anströmung auf das Versuchsmodell 20 einwirkenden dynamischen Kräfte über die erste Befestigungsvorrichtung 50 abgetragen werden. Im vorliegenden Fall ist die erste Befestigungsvorrichtung 50 ein Zylinder- oder Stangenelement 52, beispielsweise mit drei teleskopierbaren Zylinder- oder Stangenbauteilen.
Generell ist die erste Befestigungsvorrichtung 50 derart ausgebildet und bezüglich der Strömung S und des Versuchsmodells 20 positioniert, dass wenigstens ein Steuerelement 22, 23, 24, 25, 26 nicht in beziehungsweise außerhalb einer durch die die erste Befestigungsvorrichtung 50 beaufschlagenden Strömung S hervorgerufenen Störungszone Z liegt, siehe 2.
So hält die Befestigungsvorrichtung 50 gemäß 2 das Versuchsmodell 20 von unten derart, dass eine Verlagerung des Versuchsmodells 20 in Anströmungsrichtung vermieden wird. Die Befestigungsvorrichtung 50 kann mit ihrem unteren Ende an der Hülle 42 befestigt sein oder über ein in 2 unterhalb der Hülle 42 liegendes Auflager gelagert sein. Wie 2 zeigt, erstreckt sich die Befestigungsvorrich tung 50 im Wesentlichen in einer Vertikalrichtung V, d. h. in einer zur Hauptströmungsrichtung S im Wesentlichen senkrechten Richtung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Befestigungsvorrichtung 50 ein Zylinder- oder Stangenelement 52, das an seinem oberen Ende, d. h. zum Rumpf 21 hin gerichtet, eine Abstützfläche 58 und an seinem unteren Ende, d. h. zur Hülle 42 hin gerichtet, eine Abschlussfläche 59 aufweist. Auf der Auflagefläche 58 ist das Versuchsmodell 20 aufgelegt und starr oder beweglich fixiert. Über die Abstützflache 59 werden die auftretenden statischen und dynamischen Kräfte in die Hülle 42 oder ein darunter liegendes Auflager abgeführt. Wie aus 2 ferner zu entnehmen, weist das Zylinder- oder Stangenelement 52 drei in Vertikalrichtung V teleskopierbare Zylinder- oder Stangenbauteile 54, 55, 56 auf.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die Verbindung zwischen dem oberen Ende der ersten Befestigungsvorrichtung 50 und dem Versuchsmodell 20 zwei Freiheitsgrade hinsichtlich der Bewegbarkeit der Versuchsmodells 20 bereit. Als ein erster translatorischer Freiheitsgrad ist durch die mit möglichst geringem Widerstand teleskopierbaren Zusammenstellung der drei Zylinder- oder Stangenbauteile 54, 55, 56 eine Höhenverstellbarkeit in Vertikalrichtung V möglich. Um während eines Versuches eine Schubkraft zu simulieren, ist in der Horizontalrichtung H jedoch keine Verschiebbarkeit gegeben. Als zweiter rotatorischer Freiheitsgrad ist eine Drehbarkeit des Versuchsmodells 20 um eine vertikale Drehachse bereitgesellt. Diese Drehachse verläuft entlang der Längsachse des Hubzylinders 52 und somit in Vertikalrichtung V.
Bei Bedarf könnte zusätzlich oder alternativ zu einer der beiden vorgenannten Freiheitsgrade ein dritter Freiheitsgrad mit einer Drehbarkeit des Versuchsmodells 20 bezüglich einer senkrecht zur Zeichenebene der 1 gerichteten Drehachse bereitgestellt werden. Ferner könnte zusätzlich oder alternativ ein weiterer Frei heitsgrad mit einer Drehbarkeit um eine zur Horizontalrichtung H parallele Drehachse vorgesehen werden.
Mit der ersten Befestigungsvorrichtung 50 in Form eines Zylinder- oder Stangenelements 52 als Teleskopaufhängung wird in vorteilhafter Weise eine Auf- und Abbewegung des Versuchsmodells 20 in der Vertikalrichtung V, jedoch nicht in der Horizontalrichtung H ermöglicht. Zudem wird durch die Drehbarkeit um eine vertikale Drehachse auch ein rotatorischer Freiheitsgrad bereitgestellt. Auf diese Weise kann mittels der Versuchsanordnung 10 der freie Flug gut simuliert werden.
In vorteilhafter Weise ist die erste Befestigungsvorrichtung 50 in einem Bereich des Windkanals 40 und in einer Umgebung des Versuchsmodells 20 angeordnet, so dass wenigstens eines der Steuerelemente 22 bis 26 bei einem Testversuch außerhalb einer durch die die Befestigungsvorrichtung beaufschlagende Strömung S hervorgerufene Störungszone Z ist. Die Befestigungsvorrichtung 50 ist derart bezüglich des Versuchsmodells 20 positioniert, dass das Versuchsmodell 20 von unten gehalten wird und zugleich einen möglichst geringen Einfluss auf die die Leitwerke des Versuchsmodells 20 beeinflussende Strömung S haben. So bleibt insbesondere die Anströmung des Seitenleitwerks 24 weitgehend ungestört. Etwaige Strömungsstörungen stromabwärts der Befestigungsvorrichtung 50 rufen lediglich zu vernachlässigende oder für das flugmechanische Verhalten nicht maßgebliche Störungen hervor.
Wie aus 1 entnehmbar, stützt eine zweite Befestigungsvorrichtung 70 den Stellkörper 62 zur Halterung und Positionierung des Stellkörpers 62 von unten. Die zweite Befestigungsvorrichtung 70 kann beispielsweise einen Hubzylinder 72, bedarfsweise ebenso mit drei in Vertikalrichtung V teleskopierbaren Zylinderbauteilen umfassen.
Die Befestigungsvorrichtungen 50, 70 können jeweils mit ihren unteren Ende an der Hülle 42 befestigt oder über ein in 1 unterhalb der Hülle 42 liegendes Auflager gelagert sein. Ferner erstrecken sich die Befestigungsvorrichtungen 50, 70 in einer Vertikalrichtung V, d. h. im Wesentlichen senkrecht.
Weiter steuert die Steuereinheit 90 die Verstellung wenigstens eines der Steuerelemente 22 bis 26 in Abhängigkeit von der Sensorik 80 bzw. dem Sensor 82 und/oder von der (künstlich generierten) Anregung von der Verstelleinheit 64, wie in 1 beispielhaft mittels der zum Querruder 23 führenden strichlierten Linie angedeutet.
Im Folgenden wird die bevorzugte Ausgestaltung des Sensors 82 und der Steuereinheit 90 anhand der 3 bis 6 beschrieben.
Der Sensor 82 ist gemäß dieser Ausgestaltung in Form eines Windfahnenelements 110 ausgebildet. Das Windfahnenelement 110, wie es in 3 gezeigt ist, weist eine Windfahne 112 auf, die an einer Achse 114 befestigt ist. Auf der der Windfahne 112 gegenüberliegenden Seite der Achse 114 ist eine Ausgleichsmasse 116 vorgesehen, deren Gewichtskraft ein Moment auf die Achse 114 ausübt, das in etwa dem Moment entspricht, das von der Gewichtskraft der Windfahne 112 auf die Achse 114 ausgeübt wird. Die Achse 114 führt zu einem Drehwinkelaufnehmer 118.
Der Drehwinkelaufnehmer 118 misst die Winkelstellung der Achse 114 und damit indirekt die der Windfahne 112 und stellt das Ergebnis dieser Messung an seinen Ausgängen 120, 122 zur Verfügung.
Eine Ausführungsform des Drehwinkelaufnehmers 118 ist in 5 gezeigt. Von der Achse 114 springt radial nach außen ein Bügel 124 weg. Der Bügel 124 be steht aus Metall und taucht je nach seiner Position mehr oder weniger in den Kern einer Spule 126 ein. Die Spule 126 ist dazu entlang einer Kreislinie angeordnet.
Da der Bügel 124 aus Metall besteht, ändert sich durch das Eintauchen des Bügels 124 in die Spule 126 eine Impedanz Z der Spule.
Um aus dieser Impedanzänderung ein Winkelsignal zu gewinnen, wird die Spule 126 mit der Anschlussklemme 128 an eine Auswerteeinheit 130 angeschlossen, wie sie in 6 gezeigt ist. Die Auswerteeinheit 130 weist einen Schwingkreis auf, dessen Frequenz durch die Impedanz Z der Spule 126 beeinflusst wird. Mittels eines f/U-Konverters wird aus der erzeugten Wechselspannung ein frequenzunabhängiger Pegel als Ausgangssignal 132 erzeugt.
Die Auswerteeinheit 130 kann dabei sehr schnell auf Veränderungen der Impedanz Z reagieren, so dass das Ausgangssignal 132 der Auswerteeinheit 130 der Bewegung der Achse 114 im Wesentlichen unmittelbar folgt. Das Ausgangssignal 132 wird mit Hilfe eines Tiefpasses 134 und eines Hochpasses 136 in einen Gleichanteil 138 (DC) und einen Wechselspannungsanteil 140 (AC) zerlegt und diese an den Ausgängen 120, 122 bereitgestellt.
Der Wechselspannungsanteil 140 kann als Referenzsignal für Böen verwendet werden, beispielsweise, um einen Feed-forward-Strukturregler zu betreiben. Der Gleichanteil 138 kann dazu benutzt werden, den Anstellwinkel zu messen.
Das Windfahnenelement 110 hat somit den Vorteil, dass es gleichzeitig sowohl als Böensensor bis zu hohen Frequenzen (50 Hz) als auch als Anstellwinkelsensor verwendet werden kann.
Mit dem aus der Böensensorfunktion erhaltenen Referenzsignal können turbulenzinduzierte Strukturvibrationen und/oder Starrkörperschwingungen sehr effektiv reduziert werden. Es empfiehlt sich allerdings, eine solche Vorsteuerung mit einer aktiven Dämpfung (Rückführregelung) zu kombinieren, um eine optimale Reduktion von sowohl böeninduzierten als auch von manöverinduzierten Strukturschwingungen und/oder Starrkörperschwingungen zu erreichen.
Um dies zu erreichen, wird zur Steuerung der Aktoren des Luftfahrzeugs unter anderem ein mit der hier dargestellten Versuchsanordnung testbarer Regelkreis verwendet, wie er in 4 gezeigt ist. Der Regelkreis weist dabei eine Rückführregelungsvorrichtung 144 und eine Vorsteuerregelungseinrichtung 146 auf. Im Bereich der Rückführregelungsvorrichtung 144 werden von einem Sensor des Luftfahrzeugs 148 Strukturschwingungen gemessen und in Form des Messwerts 150 an den robusten Rückführregler 152 weitergegeben. Der Rückführregler 152 errechnet aus den Messwerten 150 Steuerungssignale 154 für Aktoren des Luftfahrzeugs 148, die dazu geeignet sind, Strukturschwingungen des Luftfahrzeugs 148 zu verringern. Dies wird mit der hier dargestellten Versuchsanordnung getestet und optimiert, bevor Flugversuche durchgeführt werden.
Der Vorsteuerregelungseinrichtung 146 wird der Wechselspannungsanteil 140 des Windfahnenelements 110 übergeben und in ein Filter mit unbeschränkter Impulsantwort (IIR) 156 eingegeben. Das IR-Filter 156 errechnet aus seinen Eingangssignalen Steuerungssignale 158, die Aktoren des Luftfahrzeugs 148 so steuern, dass der Einfluss der gemessenen Böen auf das Luftfahrzeug 148 minimiert wird.
In einem Mischer 160 werden die Steuerungssignale 154, 158 von Rückführregler 152 und IR-Filter 156 addiert und als Regelsignal 164 an das Luftfahrzeug 148 weitergegeben.
Somit ergibt sich das Regelsignal „Control Input" 164 (zum Beispiel Ansteuerung von Rudern und Klappen des Flugzeugs) aus einer Addition eines Vorsteuer- und eines Rückführsignals. Der Vorsteuerregler (IIR-Controller oder FIR-Controller, sinnvollerweise adaptiv ausgeführt) erhält das Referenzsignal zum Beispiel aus dem AC-Anteil des Alpha-probe signal (Anstellwinkelsignal). Das Rückführsignal stammt aus dem „inner control loop" (Rückführregelungseinrichtung 144) mit dem robusten Rückführregler 152 („robust feedback controller"), der wiederum sein Eingangssignal aus den Sensorsignalen (Messwert 50, zum Beispiel Beschleunigungssensoren an der Flugzeugstruktur) bezieht. Ziel der kombinierten Rückführ-Norsteuerregelung ist es, Störungen 166 jeglicher Art, die Strukturschwingungen verursachen, zu kompensieren. Das heißt, der Messwert 150 (Messung von Strukturschwingungen) wird minimiert.
Strukturmoden von Flugzeugen werden durch Böen und turbulente Atmosphäre während des Fluges angeregt. Das belastet die Struktur und verschlechtert das Flugverhalten. Stand der Technik ist. es, diese Strukturmodem aktiv durch Rückführregelung zu bedämpfen. Nachdem ein geeignetes Referenzsignal zur Verfügung steht, das die Böen misst, können die Strukturvibrationen allerdings wesentlich effizienter reduziert werden.
Die Windfahne 112 mit Ausgleichsmasse 116 folgt den Richtungsänderungen der Anströmung (Böen) und dreht dabei die Achse 114. Diese Achse 114 ist mit dem induktiven Drehwinkelaufnehmer 118 verbunden, der praktisch widerstandslos, ohne Zeitverzug und mit sehr hoher Auflösung den Drehwinkel bis zu höheren Frequenzen misst. Das Signal wird in einen Gleichanteil (DC) und einen AC-Anteil zerlegt. Der AC-Anteil wird als Referenzsignal für die Böen verwendet (um einen feed-forward-Strukturregler zu betreiben). Der DC-Anteil kann dazu benutzt werden, den Anstellwinkel zu messen (parallele Nutzung als Anstellwinkelsensor).
Rückführregelungen zur aktiven Strukturdämpfung reduzieren zwar Schwingungen jeglicher Anregung, sind aber in ihrer Leistung begrenzt. Vorsteuerregelungen sind bei der Reduktion böeninduzierter Strukturschwingungen sehr effektiv, können aber zum Beispiel piloteninduzierte Strukturschwingungen nicht reduzieren. Die Kombination einer (sinnvollerweise adaptiven). Vorsteuerregelung mit einer robusten Rückführdämpfung führt zu einer sehr hohen Regelgüte und erlaubt die optimale Reduktion von Böen-, Manöver- und sonst wie (zum Beispiel Nutzlastabwurf-) induzierten Strukturschwingungen bei Flugzeugen.
Mit einer entsprechend optimierten Regelung wird die optimale Reduktion von Böen-, Manöver- und Nutzlastabwurf-induzierten Strukturschwingungen bei Flugzeugen in allen Bereichen der Flugenveloppe ermöglicht.
Das vorliegende Windfahnenelement 110 wirkt als Sensor 82 ind Form eines Böensensors, der dazu geeignet ist, ein entsprechendes Referenzsignal bereit zu stellen, und erlaubt in Verbindung mit der Regelungsvorrichtung 142 eine wesentliche Reduzierung der Strukturschwingungen.
Für weitere Einzelheiten hinsichtlich einer genaueren Ausbildung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verminderung von dynamischen Strukturlasten auf ein Luftfahrzeug wird auf die nicht vorveröffentlichte PCT-Anmeldung ensprechend der EP-Anmeldenummer EP 06 001 510.4 verwiesen.
Im folgenden wird anhand der Darstellung der 7, die ein Detail der Hinterkante der Tragfläche des Windkanalmodells von 1 oder 2 zeigt, ein Steuerelement sowie ein hierfür eingesetzter Aktor näher beschrieben.
Die Figur zeigt einen bezüglich der Anströmungsrichtung S hinteren Bereich eines aerodynamischen Profils 400 der Tragfläche 22 des Versuchsmodells 20. Das Profil 400 hat einen von der Anströmung S weg gerichteten Hinterkantenbereich 410, an dem eine Flügelhinterkante 412 ausgebildet ist. Der Hinterkantenbereich 410 ist elastisch ausgebildet und weist hierzu eine Mantelfläche 414 aus elastischem Material, beispielsweise einem elastisch verformbaren Kunststoff auf. Die Mantelfläche umschließt ein hohlen Innenraum 416 des Hinterkantenbereichs 410, indem ein Piezoaktor 418 untergebraucht ist.
Der Piezoaktor 418 weist ein platten- oder streifenförmiges Flächenelement, hier in Form einer – bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewölbt ausgebildeten – Platte 420 aus elastisch verformbaren Material, beispielsweise elastisch verformbaren Metallblech oder dergleichen auf. Die Platte 420 ist im Hinterkantenbereich 410 des Profils 400 integriert. Sie gewährleistet die Stabilität der Flügelhinterkante 412 und gibt auch die Form der Flügelhinterkante 412 sowie des Hinterkantenbereichs 410 vor. Hierzu ist ein bezüglich der Strömungsrichtung S vorderer Kantenbereich 422 der Platte 420 an einer Haltestruktur 424 befestigt, die beispielsweise eine versteifte Querwand 426 des Profils 400 aufweist.
Ein bezüglich der Strömungsrichtung S hinterer Kantenbereich 428 der Platte 420 ist mit der Flügelhinterkante 412 verbunden, beispielsweise indem sie in das spitze Ende des hohlen Innenraums 416 an der Flügelhinterkante 412 eingesteckt und/oder dort befestigt, beispielsweise verklebt ist.
Die Platte 420 ist auf wenigstens einer ihrer Breitflächen oder auch auf beiden Greifflächen mit einer piezoelektrischen Schicht (allgemeiner durch irgendeine gesteuert kontrahierend oder expandierende Schicht) überzogen.
Über einen bei 430 angedeuteten Spannungsanschluss lässt sich eine Spannung U an die wenigstens eine piezoelektrische Schicht 432 anlegen.
Hierzu ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Platte 420 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Metallblech, insbesondere aus Federstahl, ausgebildet. Die gegenüberliegende Seite der piezoelektrischen Schicht 432 ist entsprechend mit einer Metallfolie zum Bilden der anderen Elektrode beschichtet.
Bei Anlegen der elektrischen Spannung U kontrahiert sich die wenigstens eine piezoelektrische Schicht 432. Die (gewölbte) Platte 420 dient dabei als Wegverstärkter zur Verstärkung der in der piezoelektrischen Schicht auftretenden örtlichen Änderungen. Über die Wölbung der Platte 420 kann man die Wegverstärkung beeinflussen.
Durch Verformung der Platte 420 wird der flexible Hinterkantenbereich 410 insgesamt verformt. Die Verformung der Flügelhinterkante 412 kann zur Strömungsbeeinflussung benutzt werden.
Über die Länge des Profils 400 gesehen können mehrere solcher Platten 420 eingesetzt sein, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind (nicht dargestellt). In einer anderen Ausgestaltung ist eine Platte an unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlich ansteuerbaren piezoelektrischen Schichten versehen. Über die Spannweite des Flügels kann die Verformung der Hinterkante 412 unabhängig gesteuert werden.
Nachfolgend wird nun auf Grundlage der oben beschriebenen Versuchsanordnung 10 ein Verfahren zur strömungsdynamischen Untersuchung des Versuchsmodells 20 im Windkanal 40 beschrieben.
Die von den Gebläse 30 erzeugte Strömung S wird mittels der Strömungseinstelleinrichtung 60 in der gewünschten Art und Weise beeinflusst, um beispielsweise ein bestimmtes Flugverhalten zu simulieren.
Ausgehend von der in 1 gezeigten Stellung des Stellkörpers 62 wird mittels der Sensorik 80 wenigstens ein strömungstechnischer Parameter erfasst und ein entsprechendes Referenzsignal von dem Böensensor 82 an die Steuereinheit 90 übermittelt. Dieser Referenzwert charakterisiert die Strömung S.
In Abhängigkeit des ermittelten Referenzwertes wird nun wenigstens eines der Steuerelemente 22, 23, 24, 25, 26 verstellt. Vorzugsweise werden die Steuerelemente 22–26 kontinuierlich und im Allgemeinen sehr schnell verstellt.
Anschließend wird der Stellkörper 62 mittels des Antriebes 66 über die Verstelleinheit 64 verstellt. Hierzu kann durch die Steuereinheit 90 ein unabhängiges Verstellsignal abgegeben werden und eine Verstellung des Stellkörpers 62 vorgenommen werden. Die Verstellung simuliert die atmosphärische Turbulenz; das Signal kann als Referenzsignal für den Filter (IIR) 156 verwendet werden.
Nach der Verstellung des Stellkörpers 62 in eine zweite Position, beispielsweise durch Verdrehung des Flügels um eine senkrecht zur Strömungsrichtung der Strömung S verlaufende Drehachse um einen vorbestimmten Anstellwinkel, können wiederum von der Sensorik 80 die auf die Struktur des Versuchsmodells 20 einwirkenden dynamischen Belastungen erfasst werden.
In Abhängigkeit der Strömungsveränderung ermittelt nun ein geeignetes Signal zur Verstellung wenigstens eines der Steuerelemente 23 bis 26, um insbesondere die durch die Strömung S erzeugte Schwingungen beziehungsweise Belastungen des Versuchsmodells 20 zu kompensieren. Nach der Verstellung des Steuerelementes um den vorgegebenen Wert kann die Sensorik 80 die neue Werte der strömungstechnischen Parameter messen und ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 90 übermitteln.
Beispielsweise könnten sich bei einer schrittweisen beziehungsweise iterativen Verstellung der Steuerelemente 22 bis 26 und/oder der Strömungseinstelleinrichtung 60 Versuchsreihen durchführen und so eine geeignete Steuerregelung für das simulierte Flugverhalten und somit auch für das spätere Echtzeitverhalten eines Flugzeugs ermitteln lassen.
Um die Strömungsverhältnisse zusätzlich beeinflussen zu können, kann das Versuchsmodell 20 mittels der ersten Befestigungsvorrichtung 50 und/oder die Strömungseinstelleinrichtung 60 mittels der zweiten Befestigungsvorrichtung 70 bezüglich wenigstens eines Freiheitsgrades, insbesondere bezüglich der Höhe in Vertikalrichtung V und/oder des Anstellwinkels bezogen auf die Strömungsrichtung, verstellt werden. Wie bereits erwähnt, kann zudem der Abstand A zwischen der Strömungseinstelleinrichtung 60 und dem Versuchsmodell 20, insbesondere zwischen den beiden Befestigungsvorrichtungen 50, 70, verändert werden.

10: Versuchsanordnung
20: Versuchsmodell
21: Rumpf
22: Tragfläche
23: Querruder
24: Seitenleitwerk
25: Seitenruder
26: Höhenruder
30: Gebläse
40: Windkanal
42: Hülle
44: unterer Abschnitt
50: erste Befestigungsvorrichtung
52: Hubzylinder
58: Auflagefläche
59: Abstützfläche
60: Strömungseinstelleinrichtung
62: Stellkörper
64: Verstelleinheit
66: Antrieb
70: zweite Befestigungsvorrichtung
72: Hubzylinder
80: Sensorik
82: Sensor
90: Steuereinheit
110: Windfahnenelement
112: Windfahne
114: Achse
116: Ausgleichsmasse
118: Drehwinkelaufnehmer
120: Ausgang
122: Ausgang
124: Bügel
126: Spule
128: Anschlussklemme
130: Auswerteeinheit
132: Ausgangssignal
134: Tiefpass
136: Hochpass
138: Gleichanteil
140: Wechselspannungsanteil
142: Regelungsvorrichtung
144: Rückführregelungseinrichtung
146: Vorsteuerregelungseinrichtung
148: Luftfahrzeug
150: Messwert
152: Rückführregler
154: Steuerungssignale
156: Filter (IIR)
158: Steuerungssignale
160: Mischer
164: Regelsignal
166: Störungen
400: Aerodynamisches Profil
410: Hinterkantenbereich
412: Flügelhinterkante
414: Mantelfläche
416: hohler Innenraum
418: Piezoaktor
420: Platte
422: vorderer Kantenbereich
424: Haltestruktur
426: Querwand
428: hinterer Kantenbereich
430: Spannungsanschluss
432: piezoelektrische Schicht
A: Abstand
H: Horizontalrichtung
S: Strömung
U: Spannung
✓: Vertikalrichtung
Z: Impedanz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 06001510 [0011, 0020, 0125]

Claims

Versuchsanordnung (10) mit einem Versuchsmodell (20), das zur strömungsdynamischen Untersuchung mit einer Strömung (S) beaufschlagbar ist und das wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells (20) im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) aufweist, wobei eine stromaufwärts des Versuchsmodells (20) angeordnete Strömungseinstelleinrichtung (60) zur Beeinflussung der Strömung (S) und eine Sensorik (80) zur Erfassung der das Versuchsmodell (20) beaufschlagenden Strömung (S) vorgesehen ist, wobei das Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) in Abhängigkeit von wenigstens einem von der Sensorik (80) ermittelten Wert und/oder in Abhängigkeit von der Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung (60) verstellbar ist.
Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinstelleinrichtung (60) einen Stellkörper (62), insbesondere mindestens ein Flügelelement, und eine Verstelleinheit (64) umfasst.
Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (64) einen Antrieb zur Bewegung und/oder Feststellung des Stellkörpers (62) umfasst.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (90) zur Steuerung wenigstens eines der Steuerelemente (22, 23, 24, 25, 26) und/oder der Strömungseinstelleinrichtung (60), insbesondere der Verstelleinheit (64), vorgesehen ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Befestigungsvorrichtung (50) zur Halterung des Versuchsmodells (20) vorgesehen ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Befestigungsvorrichtung (70) zur Halterung der Strömungseinstelleinrichtung (60) vorgesehen ist.
Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Befestigungsvorrichtung (50) das Versuchsmodell (20) oder die zweite Befestigungsvorrichtung (70) die Strömungseinstelleinrichtung (60) von unten hält.
Versuchsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Versuchsmodell (20) mittels der ersten Befestigungsvorrichtung (50) oder die Strömungseinstelleinrichtung (60) mittels der zweiten Befestigungsvorrichtung (70) bezüglich wenigstens eines Freiheitsgrades, insbesondere bezüglich der Höhe und/oder des Anstellwinkels, verstellbar ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versuchsmodell (20) in einem vorbestimmten Abstand (A) bezüglich der Strömungseinstelleinrichtung (60) positioniert ist, wobei der Abstand (A) veränderbar ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (80) wenigstens einen Sensor (82) umfasst, der einen strömungstechnischen Parameter der Strömung (S) erfasst.
Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (82) an dem Versuchsmodell (20) angeordnet ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (82) ein Böensensor ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (82) ein Drucksensor oder eine Windfahne ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (23, 24, 25, 26) von einem Aktuaktor verstellbar ist.
Versuchsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (23, 24, 25, 26) ein Leitwerk eines Luftfahrzeugs simuliert.
Versuchsanordnung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitwerk ein Seiten-, Quer- oder Höhenleitwerk simuliert.
Verfahren zur strömungsdynamischen Untersuchung eines Versuchsmodells (20), wobei das Versuchsmodell (20) mit einer Strömung (S) beaufschlagt wird und wenigstens ein das Strömungsverhalten des Versuchsmodells (20) im Wesentlichen beeinflussendes Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) umfasst, wobei eine stromaufwärts des Versuchsmodells (20) angeordnete Strömungseinstelleinrichtung (60) die Strömung (S) beeinflusst, wobei eine Sensorik (80) die das Versuchsmodell (20) beaufschlagende Strömung (S) erfasst, und wobei das Steuerelement (22, 23, 24, 25, 26) in Abhängigkeit von wenigstens einem von der Sensorik (80) ermittelten Wert und/oder in Abhängigkeit von der Einstellung der Strömungseinstelleinrichtung (60) verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinstelleinrichtung (60) einen Stellkörper (62) und eine Verstelleinheit (64) umfasst, wobei die Verstelleinheit (64) den Stellkörper (62) verstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (90) vorgesehen ist, die wenigstens eines der Steuerelemente (22, 23, 24, 25, 26) und/oder die Strömungseinstelleinrichtung (60), insbesondere die Verstelleinheit (64), steuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Versuchsmodell (20) mittels einer ersten Befestigungsvorrichtung (50) und/oder die Strömungseinstelleinrichtung (60) mittels einer zweiten Befestigungsvorrichtung (70) bezüglich wenigstens eines Freiheitsgrades, insbesondere bezüglich der Höhe und/oder des Anstellwinkels, verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Versuchsmodell (20) in einem vorbestimmten Abstand (A) bezüglich der Strömungseinstelleinrichtung (60) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (80) wenigstens einen Sensor (82) umfasst, der einen strömungstechnischen Parameter erfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (23, 24, 25, 26) von einem Aktuator oder Aktor verstellt wird.
Aktor (418) zur Verwendung in einer Anordnung oder einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Piezoaktor (418) ist.
Aktor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (418) mit einem elastisch verformbaren Flächenelement (420), insbesondere platten- oder streifenförmiges Element, versehen ist, das wenigstens auf einem Teilbereich wenigstens einer seiner Breitflächen mit einer piezoelektrischen Schicht (432) versehen ist, so dass sich das Flächenelement (420) gesteuert verformen lässt.