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Dynamische Stabilisierung einer Grenzschichtströmung unter Berücksichtigung nichtlinearer Störausbreitungsprozesse

Dynamic stabilisation of a boundary-layer flow under consideration of non-linear processes in spatial disturbance development

by Fabian Evert
Doctoral thesis
Date of Examination:2000-11-02
Date of issue:2001-10-16
Advisor:Prof. Dr. Dirk Ronneberger
Referee:Prof. Dr. Dirk Ronneberger
Referee:Prof. Dr. Helmut Eckelmann
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2724

 

 

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Name:evert.pdf
Size:2.83Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

In order to delay the laminar-turbulent transition in a boundary-layer flow, the compensation of instability waves by artificially excited disturbances is under investigation. To generate the control signal for the compensation actuator the primary disturbances are picked up by the so called reference sensor and filtered with an adaptive filter which primarily models the physical transfer processes in the boundary layer. For small amplitudes of the primary disturbances a complete compensation of these disturbances can be achieved by the use of linear filters (FIR). For higher disturbance levels, non-linear effects also occur in the spatial transfer process which can be modeled by an adaptive polynomial filter (Volterra). In order to reduce the computational complexity of the polynomial filter a preprocessing stage based on prior knowledge is investigated (Kautz-filter). Initial dynamic stabilisation experiments with polynomial filters show promising results with regard to the compensation of high amplitude disturbances.
Keywords: laminar-turbulent transition; transition control; Tollmien-Schlichting-waves; Volterra filter; Kautz filter

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Es wird die Kompensation von Instabilitätswellen durch künstlich angeregte Störwellen mit dem Ziel einer Verzögerung der laminar-turbulenten Transition in einer Grenzschichtströmung untersucht. Die in der Grenzschicht vorhandenen Primärstörungen werden mit dem sogenannten Referenzsensor aufgenommen und mit einem adaptiven Filter gefiltert, um das Eingangssignal für den Kompensationsaktuator zu erzeugen. Das Filter muss dabei im Wesentlichen die physikalischen Ausbreitungsprozesse in der Grenzschicht nachbilden. Störwellen geringer Amplitude können unter Verwendung eines linearen Filters (FIR) vollständig kompensiert werden. Bei höheren Störamplituden spielen auch nichtlineare Ausbreitungsprozesse eine Rolle, die mit einem Volterra-Filter nachgebildet werden können. Um den mit dem Volterra-Ansatz verbundenen Rechenaufwand zu reduzieren, wird eine geeignete Vorverarbeitung, basierend auf Vorwissen über den Ausbreitungsprozess, untersucht (Kautz-Filter). Erste Experimente zur dynamischen Stabilisierung unter Verwendung nichtlinearer Modelle zeigen bei hohen Störamplituden vielversprechende Ergebnisse.
Schlagwörter: laminar-turbulente Transition; Transitionsbeeinflussung; Tollmien-Schlichting-Wellen; Volterra Filter; Kautz Filter
 

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