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Zur
Untersuchung von aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften
von Objekten werden diese oder maßstabsgerechte dreidimensionale
Modelle der zu untersuchenden Objekte in einem Windkanal bzw. Strömungskanal
platziert. Beispielsweise werden Modelle von Flugzeugen oder sonstigen
Fahrzeugen in einem Strömungskanal
angeordnet und der Strömung
eines Fluids, beispielsweise einem Luftstrom, ausgesetzt. Neben
der Untersuchung von Fahrzeugmodellen kann ein Strömungskanal
auch zur Untersuchung von Gebäuden eingesetzt
werden. Dabei wird ein dreidimensionales Modell eines Bauwerkes,
beispielsweise eines Hochhauses oder einer Brücke, in dem Windkanal angeordnet
und einer Luftströmung
ausgesetzt.
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Aufgrund
des begrenzten Durchmessers eines Strömungskanals können Objekte
nur selten in Originalgröße in dem
Strömungskanal
untersucht werden. Daher werden von großen Objekten meist maßstabsgerechte
dreidimensionale Modelle erstellt und zur Untersuchung des Strömungsverhaltens
des Objekts in dem Strömungskanal
angeordnet.
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Bei
Körpern,
insbesondere bei Flugzeugen, ist es zur Untersuchung von deren aerodynamischen Verhalten
wichtig, die auf den Körper
einwirkenden Kräfte
zu erfassen, um Eigenschaften des Körpers zu verifizieren bzw.
Verbesserungen an Bauteilen bzw. der Struktur des Körpers vornehmen
zu können.
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Bei
herkömmlichen
Messsystemen erfolgt die Kräftemessung
der auf den Körper
einwirkenden Kräfte
statisch, beispielsweise mittels sog. Windkanalwaagen. Bei derartigen
Messsystemen erfolgt die Kraftmessung durch die Windkanalwaagen
direkt, wobei Mittelwerte der auf den Körper einwirkenden Kräfte durch
die Windkanalwaage gemessen werden.
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Diese
herkömmlichen
Systeme zur Bestimmung einer auf einen Körper einwirkenden Kraft haben
verschiedene Nachteile. Zum einen werden durch die Windkanalwaage
nur Mittelwerte der auf den Körper
einwirkenden Kraft gemessen und keine Zeitverläufe, d. h. es erfolgt lediglich
eine statische Kraftmessung und keine dynamische Kraftmessung. Darüber hinaus
ist ein herkömmliches
System zur Bestimmung einer Kraft mit einer Windkanalwaage für einige
Komponenten bzw. Bauteile eines Körpers ungeeignet. Zur Kraftmessung
von Kräften,
die auf einen rotierenden Körper
eines Flugzeugs einwirken, beispielsweise auf einen Propeller, muss
eine Windkanalwaage an die rotierende Baukomponente bzw. das rotierende
Bauteil angebracht werden. Dies ist nur mit erheblichem technischem
Aufwand möglich. Darüber hinaus
verfälschen
die bei der Rotation auftretenden Fliehkräfte das Messergebnis.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, die die auf einen beliebigen Körper einwirkenden
Kräfte
genau und mit relativ geringem technischen Aufwand erfasst.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung von auf einen Körper einwirkenden
Kräften mit
den Schritten:
- (a) Anordnen des Körpers in
einem vorgegebenen Kontrollvolumen innerhalb eines Strömungskanals;
- (b) Erfassen einer Druckverteilung und eines Geschwindigkeitsfeldes
für jede
das Kontrollvolumen begrenzende Begrenzungsfläche; und
- (c) Berechnen der auf den Körper
einwirkenden Kräfte
in Abhängigkeit
von den für
die Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens erfassten Druckverteilungen und Geschwindigkeitsfeldern.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Geschwindigkeitsfelder für die Begrenzungsflächen des
Kontrollvolumens optisch erfasst.
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Die
optische Erfassung eines Geschwindigkeitsfeldes bietet den Vorteil,
dass bei der Messung die auf den Körper einwirkende Strömung durch
die Messung nicht beeinflusst wird.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Geometrie und Größe des Kontrollvolumens
in einfacher Weise flexibel an die räumlichen Dimensionen des zu
untersuchenden Körpers
angepasst werden können.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Körper
in dem Strömungskanal
einer Strömung
eines Fluids ausgesetzt, das Streupartikel enthält.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird mittels Laserlicht für
die Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens jeweils ein Laserschnitt zur Erfassung einer
Partikelverteilung der Streupartikel an der jeweiligen Begrenzungsfläche erfasst.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Laserlicht durch einen gepulsten Laser erzeugt.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Partikelverteilung der Streupartikel mittels mindestens
zweier Kameras erfasst.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die mit den Kameras erfassten Partikelverteilungen als Bilder
in einem Speicher zwischengespeichert.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Druckverteilungen für
die Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens mittels mindestens eines Drucksensors erfasst,
der in einer oder in mehreren der Begrenzungsflächen frei bewegbar ist.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird durch Kreuzkorrelation der erfassten Partikelverteilungen ein
lokaler Partikelversatzvektor berechnet.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird auf Grundlage der Partikelversatzvektoren ein Geschwindigkeitsvektor
des Geschwindigkeitsfeldes berechnet.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine auf den Körper
einwirkende Kraft F bzw. Kraftverteilung wie folgt berechnet:
wobei
- V
- ein Geschwindigkeitsvektor,
- S
- eine Begrenzungsfläche des
Kontrollvolumens,
- p
- ein erfasster Druck
und
- ρ
- die Dichte des Strömungsfluids
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Kontrollvolumen durch einen Kubus bzw. Quader mit sechs
Begrenzungsflächen
gebildet.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verlaufen die Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens zueinander orthogonal.
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Dies
hat den Vorteil, dass die Auswertung der an den Begrenzungsflächen erfassten
Daten ohne Umrechnung der Koordinaten erfolgen kann.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Kontrollvolumen durch einen Tetraeder mit vier Begrenzungsflächen gebildet.
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Ein
Tetraeder als Kontrollvolumen hat den Vorteil, dass die Anzahl der
auszuwertenden Begrenzungsflächen
minimal ist.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der zeitliche Verlauf der auf den Körper einwirkenden Kraft F(t)
bzw. die Kraftverteilung dynamisch in Abhängigkeit von den momentanen
Druckverteilungen und Geschwindigkeitsfeldern bestimmt.
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Die
Erfindung schafft ferner ein System mit den in Patentanspruch 16
angegebenen Merkmalen.
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Die
Erfindung schafft ein System zur Bestimmung mindestens einer auf
einen Körper
einwirkenden Kraft mit:
- (a) einem innerhalb
eines Strömungskanals
vorgesehenen Kontrollvolumen, in welchem der Körper angeordnet ist;
- (b) einer ersten Messeinrichtung zur Erfassung einer Druckverteilung
für jede
das Kontrollvolumen begrenzende Begrenzungsfläche;
- (c) einer zweiten Messeinrichtung zur Erfassung eines Geschwindigkeitsfeldes
für jede
Begrenzungsfläche des
Kontrollvolumens; und mit
- (d) einer Berechnungseinheit zur Berechnung der auf den Körper einwirkenden
Kraft F in Abhängigkeit
von den für
die Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens erfassten Druckverteilungen und Geschwindigkeitsfeldern.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist die erste Messeinrichtung mindestens einen Drucksensor auf,
der in einer oder mehreren Begrenzungsflächen bzw. Begrenzungsebenen
des Kontrollvolumens bewegbar ist.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erzeugt die zweite Messeinrichtung für jede Begrenzungsfläche des
Kontrollvolumens einen Laserschnitt zur Erfassung einer Partikelverteilung
von Streupartikeln in der Begrenzungsfläche.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
weist die zweite Messeinrichtung mindestens einen gepulsten Laser
und mindestens zwei Kameras auf.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
ist die Kamera eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
ist der Körper
ein dreidimensionales Modell, dessen Körpervolumen kleiner als das Kontrollvolumen
ist.
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Die
Erfindung schafft ferner ein Computerprogramm mit Programmbefehlen
zur Durchführung eines
Verfahrens zur Bestimmung mindestens einer auf einen Körper einwirkenden
Kraft, das in einem Strömungskanal
angebracht ist und mit einem Fluid angeströmt wird, wobei das Computerprogramm
die folgenden Schritte aufweist:
Erfassen einer Druckverteilung
und eines Geschwindigkeitsfeldes des für jede das Kontrollvolumen
begrenzende Begrenzungsfläche;
und
Berechnen der auf den Körper
einwirkenden Kraft F in Abhängigkeit
von den für
die Begrenzungsflächen des
Kontrollvolumens erfassten Druckverteilungen und den erfassten Geschwindigkeitsfeldern.
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Die
Erfindung schafft ferner einen Datenträger zum Speichern eines derartigen
Computerprogramms.
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Im
Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren zur Erläuterung
erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Systems
zur Bestimmung einer auf einen Körper
einwirkenden Kraft;
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2a, 2b Diagramme
zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Systems
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bestimmung einer auf einen Körper
einwirkenden Kraft;
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3 ein
einfaches Ablaufdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bestimmung einer auf einen Körper
einwirkenden Kraft.
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Wie
man aus 1 erkennen kann, befindet sich
bei einem erfindungsgemäßen Messsystem 1 ein
Körper 2 innerhalb
eines Kontrollvolumens 3, das in einem Strömungs- bzw.
Windkanal vorgesehen ist. Bei dem Körper 2 kann es sich
um einen beliebigen Körper
handeln, insbesondere um ein dreidimensionales Modell. Das dreidimensionale
Modell modelliert beispielsweise ein Luftfahrzeug oder ein Bauteils eines
Luftfahrzeugs. Bei dem Körper 2 kann
es sich auch um andere zu untersuchende Körper handeln, beispielsweise
um ein Kraftfahrzeug oder um das Modell eines zu untersuchenden
Gebäudes.
Der zu untersuchende Körper 2 befindet
sich in einem Kontrollvolumen, d. h. das Volumen bzw. die Größe des Körpers 2 ist
kleiner als das Kontrollvolumen 3. Das Kontrollvolumen 3 innerhalb
des Strömungskanals
ist ein geschlossenes Volumen und weist mehrere Begrenzungsflächen auf.
Die Geometrie des Kontrollvolumens 3 kann in Abhängigkeit
von der Geometrie des zu untersuchenden Körpers 2 gewählt werden. Die
Koordinaten der Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens sind vorzugsweise zur Ansteuerung von Messeinrichtungen
in einem Speicher abgelegt. Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
wird das Kontrollvolumen 3 durch einen Kubus bzw. Quader
gebildet, dessen Begrenzungsflächen
zueinander orthogonal ausgerichtet sind. Bei einer alternativen
Ausführungsform
wird das Kontrollvolumen 3 durch einen Tetraeder mit vier
Begrenzungsflächen gebildet.
Die Geometrie und die Dimensionen des Kontrollvolumens 3 sind
flexibel an die Form und Größe des zu
untersuchenden Körpers 2 anpassbar.
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Der
in dem Kontrollvolumen 3 befindliche zu untersuchende Körper 2 wird
in dem Strömungskanal der
Strömung
eines beliebigen Fluids 4 ausgesetzt. Bei dem Fluid 4 kann
es sich beispielsweise um ein Gas oder um eine Flüssigkeit
handeln. In vielen Fällen
wird das Strömungsfluid 4 durch
Luft gebildet. Dabei erzeugt ein oder mehrere Gebläse eine
Luftströmung,
die auf den Körper 2 gerichtet
wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden dem Fluid 4 Streupartikel hinzugefügt, die
Licht, insbesondere Laserlicht, reflektieren. Bei einer möglichen
Ausführungsform
kann die Größe bzw.
der Durchmesser der Streupartikel verändert werden.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Messsystems 1,
wie es in 1 dargestellt ist, ist für jede Begrenzungsfläche des
Kontrollvolumens 3 ein Laser 5 vorgesehen, der
ein gepulstes Laserlicht mit einstellbarer Lichtintensität erzeugt. Mittels
des Laserlichts wird für
jede Begrenzungsfläche
des Kontrollvolumens 3 jeweils ein Laserschnitt zur Erfassung
einer Partikelverteilung der Streupartikel in der jeweiligen Begrenzungsfläche erfasst.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
ist die Anzahl der Laserlichtquellen bzw. der Laser 5 geringer
als die Anzahl der das Kontrollvolumen 3 umschließenden Begrenzungsflächen. Bei
dieser Ausführungsform
wird mittels optischer Einrichtungen, beispielsweise mittels Linsen
und Spiegeln, für
jede Begrenzungsfläche
ein Laserschnitt erzeugt, wobei das Laserlicht durch einen gemeinsamen
Laser 5 generiert wird. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems 1 ist
die Zeitperiode bzw. die Frequenz des gepulsten Laserlichts einstellbar.
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Wie
man aus 1 erkennen kann, weist das erfindungsgemäße Messsystem 1 ferner
mindestens zwei Kameras 6A, 6B auf, die für jede Begrenzungsfläche die
Partikelverteilung der Streupartikel optisch erfassen. Bei den Kameras 6A, 6B kann es
sich beispielsweise um CCD-(Charge-Coupled-Device)Kameras oder um
CMOS-Kameras handeln. Die von den Kameras 6A, 6B erfassten
Partikelverteilungen für
die jeweilige Begrenzungsfläche
des Kontrollvolumens 3 können als Bilder in einem Speicher 7 einer
Datenverarbeitungsvorrichtung 8 zwischengespeichert werden.
Die Steuerung des Lasers 5 und der Kameras 6A, 6B erfolgt
durch eine Synchronisiersteuerung bzw. einen Synchronizer 9.
Mittels der Kameras 6a, 6b wird ein örtlicher
Versatz von vielen Streupartikeln, die der Strömung des Fluids 4 schlupffrei
folgen, aufgenommen, indem eine Begrenzungsfläche des Kontrollvolumens in
der Strömung
mit zwei sehr kurzen Lichtimpulsen durch den Laser 5 beleuchtet
wird. Die Dauer der Lichtimpulse kann von wenigen Nanosekunden bis
zu einigen Mikrosekunden reichen. Die durch die Kameras 6A, 6B erfassten
Partikelverteilungen werden als Bilder in dem Speicher 7 zwischengespeichert
und anschließend
durch eine Berechnungseinheit 10 ausgewertet. Durch Kreuzkorrelation
der erfassten Partikelverteilungen wird durch die Berechnungseinheit 10 ein lokaler
Partikelversatzvektor errechnet. Auf der Grundlage der Partikelversatzvektoren
werden Geschwindigkeitsvektoren V eines Geschwindigkeitsfeldes für jede das
Kontrollvolumen 3 umschließende Begrenzungsfläche berechnet.
Darüber
hinaus empfängt
die Berechnungseinheit 10 Daten bzw. Messsignale von einem
Drucksensor 11. Der Drucksensor 11 ist bei der
in 1 dargestellten Ausführungsform in einer oder mehreren
der Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens 3 bewegbar und erfasst eine Druckverteilung
in den jeweiligen Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens 3. Beispielsweise wird der Drucksensor 11 in
einer Ebene entsprechend der gespeicherten Koordinaten der Begrenzungsflächen des
Kontrollvolumens 3 durch einen angesteuerten Motor bewegt.
Der Drucksensor 11 misst eine statische Druckverteilung
in der Begrenzungsfläche
in einem vorgegebenen Raster von Messpunkten. Der Drucksensor 11 bildet
eine erste Messeinrichtung zur Erfassung einer Druckverteilung für jede das
Kontrollvolumen 3 begrenzende Begrenzungsfläche. Der Laser 5 und
die zugehörigen
Kameras 6A, 6B bilden eine zweite Messeinrichtung
zur Erfassung eines Geschwindigkeitsfeldes für jede Begrenzungsfläche des Kontrollvolumens 3.
Dabei erzeugt die zweite Messeinrichtung für jede Begrenzungsfläche des
Kontrollvolumens 3 einen Laserschnitt zur Erfassung der Partikelverteilung
von Streupartikeln an der Begrenzungsfläche. Die Auflösung bzw.
das Raster der Messpunkte zur Ermittlung der Druckverteilung und
des Geschwindigkeitsfeldes ist vorzugsweise einstellbar.
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Die
Berechnungseinheit 10 berechnet die auf den Körper 2 einwirkende
Kraft F dynamisch in Abhängigkeit
von dem für
die Begrenzungsflächen des
Kontrollvolumens 3 erfassten Druckver teilungen und in Abhängigkeit
von den Geschwindigkeitsvektoren V an den verschiedenen Begrenzungsflächen des
Kontrollvolumens 3.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
1 erfolgt
die Berechnung einer auf den Körper
2 einwirkenden
Kraft F(t) mittels folgender Gleichung:
wobei
- V
- ein Geschwindigkeitsvektor,
- S
- eine Begrenzungsfläche des
Kontrollvolumens 3,
- p
- ein an der Begrenzungsfläche erfasster
Druck und
- ρ
- die Dichte des Strömungsfluids 4 ist.
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Aus
den Geschwindigkeiten und Drücken
auf den Kontroll- und Begrenzungsflächen lassen sich drei Kräfte und
drei Drehmomente bestimmen.
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Die
Berechnungseinheit 10 kann beispielsweise durch einen oder
mehrere Mikroprozessoren gebildet werden, die die von den Messeinrichtungen gelieferten
Daten in Echtzeit auswerten und die Ergebnisse über eine Nutzerschnittstelle
ausgeben.
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2a, 2b zeigen
ein einfaches Beispiel zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bestimmung einer auf einen Körper 2 einwirkenden
Kraft F. Bei dem in 2a dargestellten Beispiel handelt
es sich um einen rotierenden Körper 2,
insbesondere um einen Propeller. Dieser Propeller 2 befindet
sich in einem Kubus, der das Kontrollvolumen 3 bildet.
Bei dem Körper 2 kann
es sich entweder um den zu untersuchenden Körper selbst handeln oder um
ein dreidimensionales Modell des zu untersuchenden Körpers. In
jedem Fall ist das Volumen des Körpers 2 geringer
bzw. kleiner als das Volumen des Kontrollvolumens 3.
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2b deutet
die für
das Kontrollvolumen 3 durch einen Laser 5 erzeugten
Laserschnitte an. Der in dem Kontrollvolumen 3 befindliche
Propeller 2 wird beispielsweise durch einen Motor angetrieben
und durch Luft 4, der Streupartikel beigemischt wird, angeströmt. Zur
Untersuchung des Verhaltens des rotierenden Körpers 2 bzw. des Propellers
kann beispielsweise der Anstellwinkel der Propellerblätter oder
die Umdrehungsgeschwindigkeit des rotierenden Propellers verändert werden.
Weiterhin kann die Strömungsgeschwindigkeit
des anströmenden
Fluids 4 verändert
werden, um das Verhalten des Körpers 2 für verschiedene
Windgeschwindigkeiten zu untersuchen.
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3 zeigt
ein einfaches Ablaufdiagramm eines möglichen Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bestimmung einer auf einen Körper 2 einwirkenden
Kraft F.
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Nach
einem Startschritt S0 wird der zu untersuchende Körper 2 zunächst in
einem vorgegebenen Kontrollvolumen 3 eines Strömungskanals
angeordnet. Sobald sich der Körper 2 in
dem Kontrollvolumen 3 befindet, wird durch den Drucksensor 11 eine Druckverteilung
p(x, y) für
jede das Kontrollvolumen 3 umgrenzende Begrenzungsfläche erfasst.
Gleichzeitig wird für
jede begrenzende Fläche
des Kontrollvolumens 3 ein Geschwindigkeitsfeld mit Hilfe
des Lasers 5 und der Kameras 6A, 6B im
Schritt S2 erfasst. In einem weiteren Schritt S3 wird die auf den Körper 2 einwirkende
Kraft in Abhängigkeit
von den für
die Begrenzungsflächen
des Kontrollvolumens erfassten Druckverteilungen und Geschwindigkeitsfeldern
durch die Berechnungseinheit 10 berechnet und über eine
Schnittstelle an einen Nutzer ausgegeben.
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Die
Größe bzw.
das Volumen des Kontrollvolumens 3 ist bei einer möglichen
Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
einstellbar. Je größer das
Kontrollvolumen 3 ist, desto geringer ist der Beitrag der
durch den Drucksensor 11 erfassten Kräfte, so dass sich schnell verändernde
instabile Kräfte,
wie beispielsweise Verwirbelungen, leichter erfassen lassen.
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Auf
Grundlage der an den Begrenzungsflächen bzw. Kontrollflächen des
Kontrollvolumens 3 auftretenden Geschwindigkeiten können unabhängig die
Kräfte
und Drehmomente berechnet werden.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
können
auch Symmetrien des Körpers 2 berücksichtigt werden,
um die Anzahl der auszuwertenden Begrenzungsflächen des Kontrollvolumens 3 bzw.
die Menge der auszuwertenden Daten zu verringern. Beispielsweise
benötigt
man zur Untersuchung des Verhaltens eines einzelnen Propellers,
der symmetrisch angeströmt
wird, lediglich die Daten der in Strömungsrichtung hinter dem Propeller
angeordneten Begrenzungsfläche
und die Daten einer Seitenfläche.
Darüber
hinaus können
die Daten der vor dem Propeller angeordneten Begrenzungsfläche ausgewertet
werden. Unter Berücksichtigung
der Symmetrie kann somit der Umfang der auszuwertenden Daten halbiert
werden.
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Das
erfindungsgemäße System 1 ermöglicht eine
Untersuchung des angeströmten
Körpers 2 hinsichtlich
seiner auf ihn einwirkenden Kräfte
F(t) durch indirekte Messung an Begrenzungsflächen eines Kontrollvolumens 3.
Da das Kontrollvolumen 3 den Körper 2 in einem gewissen
Abstand umspannt und die Messung indirekt erfolgt, werden die auf
den Körper 2 einwirkenden
Kräfte
durch die Messung selbst nicht beeinflusst, d. h. mit dem erfindungsgemäßen Messsystem 1 ist
es möglich,
die realen Kräfteverteilungen
an dem Körper 2 ohne
Verfälschung
genau zu messen. Darüber
hinaus müssen
bei dem erfindungsgemäßen Messsystem 1 an
dem Körper 2 selbst
keine Sensoren angebracht werden, so dass der technische Aufwand
zur Gewinnung von Messdaten, insbesondere bei schnell rotierenden
Körpern 2 bei
dem erfindungsgemäßen Messsystem 1 gering ist.
Durch das erfindungsgemäße Messsystem 1,
wie es in 1 dargestellt ist, ist es einem
Ingenieur möglich,
zuverlässige
Aussagen über
das Verhalten des Körpers 2 unter
verschiedenen Bedingungen zu treffen. Auf diese Weise kann der Nutzer,
beispielsweise ein Ingenieur, das Strömungsverhalten eines Körpers 2 aufgrund
der Analyseergebnisse optimieren. Mit dem erfindungsgemäßen Messsystem 1 kann
man beispielsweise nicht nur die Kräfte und Drehmomente, die auf
den zu untersuchenden Körper 2 wirken,
sondern auch den Einfluss der Strömung hierauf visualisieren.
Das erfindungsgemäße Messsystem 1 erlaubt
es zudem, zeitliche Veränderungen
der Kräfte
und Drehmomentverteilungen zu untersuchen, d. h. es können auch
dynamische Kraftveränderungen
F(t) bzw. Drehmomentveränderungen
bei Änderung
von Parametern, wie beispielsweise der Anströmgeschwindigkeit, erkannt werden. Weiterhin
ist das erfindungsgemäße Messsystem 1 äußerst flexibel,
weil das Kontrollvolumen 3 virtuell ist und die Koordinaten
seiner Begrenzungsflächen
an die Form und Größe des zu
untersuchenden Körpers 2 leicht
angepasst werden können.
Neben dem Kontrollvolumen 3 können weitere Messparameter
eingestellt werden, wie z. B. die Anströmgeschwindigkeit des Fluids 4,
die Konzentration der zugefügten
bzw. beigemischten Streupartikel und deren jeweilige Größe. Ferner
ist die Frequenz des Laserlichts und die Auflösung der Kameras 6A, 6B einstellbar.
Darüber hinaus
ist die Dichte bzw. Art des Fluids 4 wählbar. Durch die Messparameter
kann die Messung optimal an die zu untersuchenden Körper 2 und
die gewählte Analyse
angepasst werden.
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- 1
- Messsystem
- 2
- Körper
- 3
- Kontrollvolumen
- 4
- Fluidstrom
- 5
- Laser
- 6A,
6B
- Kameras
- 7
- Speicher
- 8
- Datenverarbeitungseinheit
- 9
- Synchronisiersteuerung
- 10
- Berechnungseinheit
- 11
- Drucksensor
