Kielsonde

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Kielsonde für große Anstellwinkel (X-31)

Die Kielsonde, auch Kielsches Rohr genannt, ist eine Weiterentwicklung des Pitotrohres und ist nach seinem Erfinder Georg Kiel, einem NACA-Mitarbeiter, benannt. Es dient der Messung des Totaldrucks in bewegten Strömungen und hat gegenüber dem normalen Pitotrohr den Vorteil, dass es eine geringere Sensitivität bezüglich des Anströmwinkels aufweist.[1][2]

Aufbau und Funktionsweise[Bearbeiten]

Die Kielsonde besteht im Wesentlichen aus einer Venturidüse, in deren Inneren sich eine Pitotsonde befindet. Die Venturidüse lenkt dabei die Strömung in Axialrichtung um und sorgt somit für eine konstantere Anströmung der Pitotsonde. Wesentlich für die Güte der Messanordnung ist die Geometrie des Einlaufs. Neben Rundungsradius des Einlaufs, Rampenwinkel und Durchmesserverhältnis der Venturidüse spielt auch die Position der Pitotsonde in Axialrichtung eine wesentliche Rolle für die Sensitivität bezüglich des Anströmwinkels. Machzahl-abhängig werden gute Messergebnisse bis zu Anströmwinkeln über 60° relativ zur Symmetrieachse erreicht.[1][3][4][5][6]

Verwendung[Bearbeiten]

Kielsonden kommen überall dort zum Einsatz, wo der Totaldruck bei stark variierender Anströmrichtung bestimmt werden soll. Insbesondere bei modernen Kampfflugzeugen, die mit immer höheren Anstellwinkeln fliegen, sind zur Geschwindigkeitsbestimmung präzise Totaldruckmessungen nötig, auch bei hohen Anstellwinkeln.[7] Ein bekanntes Flugzeugmodell, das eine Kielsonde verwendet, ist die Rockwell-MBB X-31, ein Experimentalflugzeug, das unter anderem der Erforschung des Flugverhaltens bei hohen Anstellwinkeln diente. Auch bei der Flugerprobung sowie bei Hubschraubern, wo große Richtungsänderungen der Strömung auftreten können, kommen Kielsonden zum Einsatz.[8][9] Auch in dem Sensorpaket HASI der Raumsonde Huygens, die auf dem Saturnmond Titan landete, war eine Kielsonde für wissenschaftliche Messungen während des Abstiegs durch die Atmosphäre enthalten.[10]

Alternativen[Bearbeiten]

Neben der aerodynamischen Gestaltung der Messstelle bestehen weitere Möglichkeiten, Totaldrücke in Strömungen mit stark schwankenden Richtungen zu messen. Einerseits gibt es Systeme, die mehrere Messpunkte mit unterschiedlicher Ausrichtung aufweisen. Die Ergebnisse der einzelnen Messstellen werden ausgewertet und anschließend eine Gesamtlösung bestimmt. Andererseits kommen auch nachgeführte Systeme zum Einsatz, bei denen die Pitotsonde mittels einer Windfahne nach der Strömung ausgerichtet wird. Letzteres System wurde beim Eurofighter realisiert.[11]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Kielsonden – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b G. Kiel: TN 775: Total-Head Meter with small sensitivity to yaw. Abgerufen am 15. Juli 2013 (PDF; 559 kB).
  2.  P. Balachandran: Fundamentals of Compressible Fluid Dynamics. 2006, ISBN 8120328574, S. 371.
  3. Walter R. Russell et al.: TN 2530: Wind-tunnel testing of six shielded total-pressure tubes at high angles of attack. Abgerufen am 15. Juli 2013 (PDF; 732 kB).
  4. United Sensor: Kiel Probes. Abgerufen am 20. August 2013.
  5.  Ryan F. Hook, Pennsylvania State University: A Study of Leading Edge Shapes for the Front Duct of a Dual Ducted Fan Vehicle. 2011.
  6.  Joseph Sherma, Bernard Fried: Handbook of Turbomachinery. 2003, ISBN 0824709950, S. 706ff.
  7.  S. H. J. Naarding, N. G. Verhaagen, TU Delft: Experimental and Numerical Investigation of the Vortex Flow over a Sharp Edgeed Delta Wing; with and without Sideslip. 1988.
  8. Akademische Fliegergruppe Karlsruhe: Jahresbericht 2003. Abgerufen am 15. Juli 2013 (PDF; 6,0 MB).
  9.  Myers, Leighton M.: 67th American Helicopter Society International Annual Forum 2011: Investigation on Flow Physics of Edgewise Ducted Fan Air Vehicles. 2011, ISBN 978-1-61782-881-2.
  10. M. Fulchignoni et al.: The Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI). Abgerufen am 21. August 2013.
  11. ADS des Eurofighter mit beweglichen Pitotsonden