Beschafft werden soll ein Dual-plane Stereo-Particle-Image-Velocimetry (PIV)-System für wandnahe Turbulenzmessungen in Hochgeschwindigkeitsströmungen. Alle Geschwindigkeitskomponenten sowie zeitliche Informationen sollen für Reynoldszahlen Reθ ≤ O(104) und Machzahlen bis Ma = 3,5 zugänglich sein. Hierfür sollen zwei Stereo-PIV-Systeme synchronisiert werden, die den exakt gleichen Geschwindigkeitsfeld-Ausschnitt (ca. 120 x 60 mm2) mit hoher Auflösung (≥ 85 Pixel/Verdrängungsdicke) beobachten. CCD-Kameras hoher Empfindlichkeit und Sensorgröße (≥ 11MPixel, Größe: ≥ 36 × 24 mm2) liefern zwei Messungen unter wählbarem Zeitversatz ≥ 1 µs. Die frequenzbasierte Bildtrennung soll 2 Doppelpuls-PIV-Lasersysteme (ein Nd:YAG-Laser (532 nm) und ein modifizierter Nd:YLF-Laser (527 nm)) sowie Farbfilter vor den Kameras verwenden. Möglichst ähnliche Parameter (Pulsenergie von ca. 200 mJ/Puls, erzeugbare Lichtschnitte mit ca. 1 mm Dicke) ermöglichen vergleichbar niedrige Signal-Rausch-Verhältnisse.

Ziele des Projekts „Ablösebeeinflussung mit Luftstrahl-Wirbelgeneratoren-Arrays in transsonischen und supersonischen Strömungen“ sind a) die Identifikation und Analyse der Mechanismen, welche maßgeblich für den Ablösebeeinflussungseffekt von Luftstrahl-Wirbelgeneratoren verantwortlich sind und b) darauf aufbauend optimale Beeinflussungsgeometrien für Anwendungen in transsonischen bis hypersonischen Strömungen zu entwickeln.

Hierfür ist es u.a. erforderlich, die Geschwindigkeitsverteilung von turbulenten Grenzschichten mit stoßinduzierten Ablösegebieten zu vermessen. Dabei sollen alle drei Geschwindigkeitskomponenten erfasst werden können. Messungen sind für Reynoldszahlen von Reθ ≤ O(104) sowie Machzahlen von 0.8 ≤ Ma ≤ 3,5 vorgesehen.

Aufgebaut werden soll ein Dual-plane Stereo-Particle-Image-Velocimetry (PIV)-System für präzise Geschwindigkeitsmessungen in turbulenten Hochgeschwindigkeitsströmungen, insbesondere auch für Messungen in Wandnähe und in komplexen Strömungen wie Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkungen. Die erreichbare Qualität der Messdaten soll gut genug sein um die kleinen turbulenten Fluktuationen der Geschwindigkeit verlässlich auflösen zu können.

Hierfür sollen zwei fast identische Stereo-PIV Systeme gekoppelt werden, die jeweils alle drei Komponenten des Geschwindigkeitsvektors messen können. Der Aufbau beinhaltet daher zwei Doppelpuls-PIV-Laser und vier CCD-Kameras. Die beiden an sich unabhängigen Stereo-PIV-Systeme sollen synchronisiert werden und so angeordnet, dass sie den exakt gleichen ebenen Ausschnitt aus dem Geschwindigkeitsfeld beobachten. Sie liefern somit zwei Stereo-PIV-Messungen desselben Sichtfeldes unter einem beliebig klein wählbaren voreingestellten Zeitversatz dt zwischen den Systemen. dt = 1 µs soll dabei zuverlässig einstellbar sein. So werden gewisse zeitliche und spektrale Informationen zugänglich, was in komplexen Hochgeschwindigkeitsströmungen durch die große Bandbreite an für das dynamische Verhalten der Strömung relevanten charakteristischen Frequenzen nicht trivial ist. Besonders die sehr kleinen turbulenten Skalen in Grenzschichten sind für uns von besonderem Interesse.

Das System soll dies ermöglichen, ohne die räumliche Auflösung (ca. 85 Pixel/Verdrängungsdicke) und Datenqualität einzuschränken. Dazu ist auch das verwendete System zur Bildtrennung, d.h. zur Unterscheidung der Partikelbilder der beiden Stereo-PIV-Systeme, von besonderer Bedeutung. Im zu beschaffenden System soll frequenzbasierte Bildtrennung verwendet werden. Dazu sollen zwei Laser leicht unterschiedlicher Wellenlänge in Kombination mit Farbfiltern vor den Kameras verwendet werden.

Um die nötige Datenqualität sowie Sichtfelder von ca. 120 x 60 mm2 erreichen zu können, sollen Kameras hoher Genauigkeit und räumlicher Auflösung verwendet werden, im speziellen 11MPixel CCD-Kameras mit einer Sensorgröße von 36 × 24 mm2 bzw. 4008 x 2672 Pixeln.

Die Charakteristika der beiden verwendeten Doppelpuls-Lasersysteme sollen möglichst ähnlich sein um ein vergleichbar niedriges Signal-Rausch-Verhältnis erreichen zu können. Die erzeugbaren Lichtschnitte sollen möglichst ähnliche Eigenschaften (z.B. Dicke von ca. 1 mm) haben. Aus diesem Grund sollen auch die Wellenlängen der beiden verwendeten Doppelpuls-Lasersysteme nahe beieinander liegen. Es sollen ein Doppelpuls-Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm und ein modifizierter Doppelpuls-Nd:YLF-Laser mit einer Wellenlänge von 527 nm verwendet werden. Die Energie pro Puls der verwendeten Lasersysteme soll für beide gleich sein und ca. 200 mJ/Puls betragen, damit die Lichtintensität auch für die in Hochgeschwindigkeitsströmungen notwendigen sehr kleinen Seedingpartikel hoch genug ist.

Das Angebot soll das gesamte Stereo-Dual-PIV-System umfassen, inklusive Lasern, Lichtschnittoptik, Strahlkombinierern, Kameras, Frame-Grabber, Objektiven, Filtern und Linsen, Dual-PIV-Mount mit Scheimpflugadaptern, Auswertesoftware und geeignete Workstation sowie die Synchonisationseinheit.