Articles

Vermindering van de golfweerstand door middel van aerospikes op transnationale vleugels

Golfweerstand en schokgeïnduceerde grenslaagscheiding zijn belangrijke aspecten van stromingen rond transnationale vleugels. Bij transsone snelheden wordt het supersonische stromingsregime dat plaatselijk boven vleugels wordt gevormd, beëindigd door een schokgolf. Dit gebeurt vooral onder off-design vluchtcondities en resulteert in een golfweerstand. Bovendien kan de interactie tussen schok en grenslaag een scheiding van de grenslaag veroorzaken en zo leiden tot verdere verliezen en, uiteindelijk, tot buffeting. Deze verschijnselen beperken de maximale economische kruissnelheid van vliegtuigen. Het negatieve effect van het transsonische stromingsregime kan worden beperkt door het beheersen van de schok die het supersonische gebied boven de vleugel afsluit. In het verleden zijn veel verschillende concepten toegepast, bijvoorbeeld gebaseerd op passieve ventilatie (geperforeerde platen, gleuven, groeven), actieve aanzuiging, contourbultjes of adaptieve wanden. Meestal zijn deze beheersingsmethoden gebaseerd op een tweedimensionale aanpak, d.w.z. dat de beheersingsvoorzieningen eenvormig over de gehele overspanning worden aangebracht. Meer recent is gebleken dat ook driedimensionale regelinrichtingen een positief effect hebben op de lift en de luchtweerstand. Al deze benaderingen hebben gemeen dat maatregelen voor het regelen van de schokgolf direct aan het vleugeloppervlak worden toegepast. Echter, beheersing van de schokgolf is ook mogelijk door het plaatsen van externe inrichtingen boven het vleugeloppervlak in het supersonische stromingsregime. Dit laatste concept, dat verwant is aan dat van aerospikes op stompe lichamen, wordt in dit artikel bestudeerd. Net als in het geval van stromingsbeheersingsmaatregelen die direct aan het vleugeloppervlak worden toegepast, is het basisidee van aerospikes het bereiken van een drukstijging over een systeem van schuine en normale schokken in plaats van over een enkele normale schok, waardoor golfverliezen worden verminderd. In het huidige onderzoek werden schuine schokken opgewekt door de supersonische stroming boven de vleugel te verstoren. In een testreeks werd de doeltreffendheid van een verscheidenheid van verschillende spikevormige lichamen die boven een transonische vleugel waren geplaatst, getest in de DNW-TWG, Göttingen. Naast drukmetingen werd een kleurenschlieren systeem opgezet om informatie te verschaffen over de invloed van spikes op het stromingsveld. In het volgende worden eerst de basisprincipes van aerospikes op transonische vleugels uitgelegd. Daarna worden de windtunnel experimenten beschreven en de resultaten van de metingen gepresenteerd en besproken. Dit wordt gevolgd door een conclusie.