Articles

Redukcja oporu falowego za pomocą kolców aerodynamicznych na skrzydłach transonicznych

Opór falowy i separacja warstwy granicznej wywołana uderzeniem są ważnymi zagadnieniami przepływów wokół skrzydeł transonicznych. Przy prędkościach transdźwiękowych naddźwiękowy reżim przepływu, który tworzy się lokalnie nad skrzydłami, zostaje przerwany przez falę uderzeniową. Zdarza się to szczególnie w warunkach lotu poza projektowych i skutkuje oporem falowym. Ponadto, interakcja pomiędzy falą uderzeniową a warstwą graniczną może powodować rozdzielenie warstwy granicznej, co może prowadzić do dalszych strat, a w końcu do buffetingu. Zjawiska te ograniczają maksymalną ekonomiczną prędkość przelotową samolotów. Negatywny wpływ reżimu przepływu transonicznego może być złagodzony poprzez kontrolę wstrząsu kończącego obszar naddźwiękowy nad skrzydłem. W przeszłości rozważano wiele różnych koncepcji opartych np. na pasywnej wentylacji (płyty perforowane, szczeliny, rowki), aktywnym zasysaniu, wybojach konturowych lub ścianach adaptacyjnych. Najczęściej te metody kontroli oparte są na podejściu dwuwymiarowym, tzn. urządzenia kontrolne są stosowane jednolicie wzdłuż całego przęsła. Ostatnio wykazano, że również trójwymiarowe urządzenia kontrolne mają pozytywny wpływ na siłę nośną i opór powietrza. Wszystkie te podejścia mają wspólną cechę, że środki do kontroli wstrząsów są stosowane bezpośrednio na powierzchni skrzydła. Jednakże, kontrola fali uderzeniowej jest również możliwa poprzez umieszczenie zewnętrznych urządzeń ponad powierzchnią skrzydła w reżimie przepływu naddźwiękowego. Ta ostatnia koncepcja, która jest związana z koncepcją aerodynamicznych kolców na tępych ciałach, jest badana w niniejszej pracy. Podobnie jak w przypadku środków kontroli przepływu, które są stosowane bezpośrednio na powierzchni skrzydła, podstawową ideą aerospike’ów jest osiągnięcie wzrostu ciśnienia przez system ukośnych i normalnych wstrząsów zamiast przez pojedynczy normalny wstrząs, co zmniejsza straty falowe. W niniejszych badaniach wstrząsy skośne zostały wytworzone poprzez zaburzenie naddźwiękowego przepływu nad skrzydłem. W serii testów w DNW-TWG w Getyndze badano skuteczność różnych ciał w kształcie kolców umieszczonych nad skrzydłem transonicznym. Oprócz pomiarów ciśnienia zastosowano również system kolorowych schlierenów, który dostarcza informacji o wpływie kolców na pole przepływu. W dalszej części artykułu wyjaśnione są podstawy działania kolców na skrzydłach transonicznych. Następnie opisano eksperymenty w tunelu aerodynamicznym oraz przedstawiono i przedyskutowano wyniki pomiarów. Po tym następuje podsumowanie.

.