Die Herausforderung für die Anwendung von PSP im Niedergeschwindigkeitsbereich liegt vor allem in der erforderlichen höheren Druckauflösung des PSP-Systems im Vergleich zu transsonischen Strömungen, die aufgrund nur sehr geringer Druckunterschiede notwendig ist. Um diese höhere Genauigkeit zu erreichen, sind diverse Änderungen in der Messtechnik erforderlich. Bei PSP-Anwendungen im Niedergeschwindigkeitsbereich werden z.B. CCD Kameras mit größerer Dynamik (16 bit) eingesetzt. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann durch Mehrfachbelichtung bzw. Mittelung mehrerer Einzelaufnahmen verbessert werden. Dies allein reicht nicht aus, weil bei der Messung sehr kleiner Druckdifferenzen der Einfluss einiger Effekte, wie die Temperaturverteilung auf der Oberfläche, Reflexionen oder inhomogene Ausleuchtung an Bedeutung gewinnen. Spezielle Xenon-Blitzlampen werden eingesetzt, um eine möglichst große Fläche homogen auszuleuchten. Gleichzeitige Messungen der Temperaturverteilung auf der PSP-Schicht erfolgen mittels IR-Kameras.
Im folgenden Beispiel eines Halbmodells in Hochauftriebskonfiguration im Bremer Niedergeschwindigkeitswindkanal von Airbus wurde die Druckverteilung erstmalig auf dem Flügel mit Propellersimulatoren mittels PSP bestimmt (Abb. 1). Die Besonderheit liegt hier in den besonders großen Temperaturdifferenzen auf der Flügeloberfläche aufgrund der durch den Flügel geleiteten vorgeheizten Druckluft bzw. rückgeführten expandierten Luft, die für den Antrieb der Propeller benötigt wird. Die verwendete drucksensitive Farbe DLR02 weist zwar nur eine Temperaturabhängigkeit von etwa 0,3 %/K auf, liefert bei Umgebungsdruck und Temperaturunterschieden von bis zu 15 K einen temperatur-induzierten Fehler von 4500 Pa (Abb. 2). Daher ist die Berücksichtigung bzw. Korrektur der Temperaturabhängigkeit des PSP-Signals hier von entscheidender Bedeutung.
Die temperaturabhängige Kalibrierkurve wurde im Labor des DLR vorab bestimmt, indem eine Probe in einer Kalibrierkammer unterschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt wird und die Fluoreszenzintensität unter kontrollierten Bedingungen gemessen wird. Das Tripel Intensität, Druck und Temperatur definiert die Charakteristik der Farbe und ermöglicht die Berechnung einer Größe aus den bekannten zwei anderen Größen. Damit kann aus dem Temperatur- und Intensitätswert an einer Stelle der Modelloberfläche dort auch der Druck bestimmt werden. Das Ergebnis der Berechnung zeigt Abb. 2 (linke Seite). Ein Vergleich mit etlichen auf dem Modell ebenfalls vorhandenen konventionellen Druckbohrungen zeigte eine Standardabweichung zu den PSP-Daten von 150 – 200 Pa.
Abb. 3 zeigt schließlich Druckverteilungen für verschiedene Schubwerte bei einem Anstellwinkel. Das erste Bild (DS) zeigt die Druckverteilung für eine Konfiguration ohne Propeller, die anderen Bilder zeigen Konfigurationen mit laufenden Propellern. Auch bei Einstellungen, bei denen kein nennenswerter Schub erzeugt wird (CT-, CT+) ist schon anhand der niedrigeren Drücke erkennbar, das das Ablöseverhalten sich ändert und die Strömung länger dem Flügel folgt. Bei stärkerem Schub (CT++, CT+++) nimmt der Druck auf dem Hauptflügel und den Klappen erheblich stärker ab und erzeugt so einen höheren Auftrieb.
Zurzeit ist die Bestimmung von Kräften und Momenten durch Integration der mittels PSP gemessenen Druckverteilung an Klappen bei Hochauftriebskonfigurationen im Niedergeschwindigkeitsbereich in Arbeit.
