STEROWANIE OPŁYWEM KLAPKI PROFILU POPRZEZ NADMUCH FUNKCJONUJĄCY W PĘTLI SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE nr 48, ISSN 896-77X STEROWANIE OPŁYWEM KLAPKI PROFILU POPRZEZ NADMUCH FUNKCJONUJĄCY W PĘTLI SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO Andrzej Krzysiak Instytut Lotnictwa e-mail: andkrzys@ilot.edu.pl Streszczenie Sterowanie przepływem poprzez nadmuch powietrza było przedmiotem wielu badań eksperymentalnych i obliczeniowych. Dodatkowy nadmuch zwiększa prędkość przepływu w warstwie przyściennej opływanego obiektu, co skutkuje opóźnieniem oderwania przepływu, a tym samym podwyższeniem własności aerodynamicznych tego obiektu. W niniejszym pracy przedstawiono wyniki eksperymentalnych badań charakterystyk aerodynamicznych segmentu profilu z wychylaną klapą, której opływ był sterowany przy użyciu dodatkowego nadmuchu. Nadmuch powietrza zrealizowany został poprzez dysze umieszczone na krawędzi spływu części głównej profilu. Ciśnieniestatyczne mierzone w pobliżu krawędzi spływu klapy było sygnałem sterującym w układzie sprzężenia zwrotnego regulującym przepływem powietrza. Praca zrealizowana została w ramach projektu europejskiego ESTERA. Słowa kluczowe: aerodynamika stosowana AN EXPERIMENTAL STUDY OF A SEPARATION CONTROL ON THE WING FLAP CONTROLLED BY CLOSE LOOP SYSTEM Summary Flow control by using an additional blowing has been a subject of the many experimental and computational research. The main task of an additional blowing is to increase the flow velocity in the airfoil boundary layer to delay the flow separation phenomenon and in result to improve the airfoil aerodynamic performance. This paper presents the results of wind tunnel tests of flow control using an additional blowing on the airfoil segment equipped with the movable flap. Blowing was realized through the set of nozzles located on the trailing edge of the main body of the air foil. Air flow through the nozzles was controlled by a set of the electromagnetic valves located inside the model. Pressures measured by sensors mounted on the flap surface created a control signal for a feedback system regulating flow through the nozzles. The work was performed under the European project "ESTERA. Keywords: applied aerodynamics. WSTĘP Aktywne sterowanie przepływem znalazło szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i techniki i w dalszym ciągu jest przedmiotem intensywnych eksperymentalnych i numerycznych badań w wielu ośrodkach naukowych na świecie [-7]. Uzyskanie poprawy efektywności działania lub zastąpienie konwencjonalnych metod sterowania obiektami poprzez sterowanie przepływem jest źródłem wymiernych korzyści. Korzyści te można znacząco zwiększyć, stosując sterowanie przepływem funkcjonujące w pętli sprzężenia zwrotnego. Opracowano szereg różnych metod sterowania przepływem [, 8], z których wiele znalazło już praktyczne zastosowanie. Jedna z metod aktywnego sterowania 70

Andrzej Krzysiak przepływem polega na wykorzystaniu dodatkowego nadmuchu powietrza na opływaną powierzchnię. Odpowiednio ukierunkowany, dodatkowy, nadmuch powietrza zwiększa energię przepływu w warstwie przyściennej opływanej powierzchni, przyczyniając się do opóźnienia zjawiska oderwania przepływu. W rezultacie opóźnionego oderwania przepływu i opóźnienia przeciągnięcia aerodynamicznego wzrasta maksymalna, możliwa do osiągnięcia, wartość siły nośnej. To przyczynia się do poprawy osiągów aerodynamicznych obiektu, na którym zastosowano sterowanie przepływem. Z punktu widzenia efektywności sterowania przepływem poprzez dodatkowy nadmuch, istotnym zagadnieniem staje się minimalizacja wydatku powietrza niezbędnego do takiego procesu sterowania. Używany do nadmuchu opływanej powierzchni wydatek powietrza powinien być utrzymywany na takim poziomie, aby niezależnie od aktualnych warunków opływu (zmieniających się zarówno wraz ze zmianą konfiguracji obiektu, jak i ze zmianą warunków zewnętrznych opływu) uzyskać przyklejony przepływ na tej powierzchni. Utrzymanie nieoderwanego przepływu przy zmieniających się warunkach opływu wymaga bieżącego śledzenia stanu warstwy przyściennej. Oznacza to konieczność zdefiniowania parametru, którego zmiana wartości wskazywałaby na możliwość pojawienia się oderwania przepływu. Minimalizacja wydatku powietrza niezbędnego do utrzymania pożądanego stanu warstwy przyściennej, na podstawie analizy jego bieżącego stanu, wymaga realizacji takiego procesu sterowania w pętli sprzężenia zwrotnego. Sterowanie przepływem funkcjonujące w pętli sprzężenia zwrotnego było przedmiotem szeregu badań zarówno numerycznych, jak i eksperymentalnych. W badaniach numerycznych bieżąca analiza stanu warstwy przyściennej przy zmieniających się warunkach przepływu prowadzona była na podstawie rozwiązań analitycznych [9]. W badaniach eksperymentalnych sterowanie przepływem funkcjonujące w pętli sprzężenia zwrotnego realizowane było na podstawie mierzonej na bieżąco wartości fizycznej. Z reguły wykorzystywano do tego celu ciśnienie statyczne mierzone w określonych punktach na powierzchni badanego obiektu lub różnicę ciśnień występującą pomiędzy takimi punktami [0, ]. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki eksperymentalnych tunelowych badań sterowania przepływem na wychylanej klapie segmentu profilu NACA 00 przy użyciu dodatkowego nadmuchu na tę klapę. Nadmuch realizowany był poprzez dysze umieszczone na krawędzi spływu części głównej segmentu profilu. Przepływ powietrza przez dysze regulowany był przez zespół dwupołożeniowych zaworów elektromagnetycznych umieszczonych wewnątrz modelu. Ciśnienie statyczne mierzone w pobliżu krawędzi spływu klapy było sygnałem sterującym w układzie sprzężenia zwrotnego regulującym przepływem powietrza.. TECHNIKA BADAŃ..TUNEL MAŁYCH PRĘDKOŚCI T- Tunel aerodynamiczny T-, w którym prowadzone były badania, jest tunelem małych prędkości, ciągłego działania, o otwartej przestrzeni pomiarowej. Średnica przestrzeni pomiarowej tunelu wynosi.5 m, długość m. Maksymalna prędkość powietrza w tunelu to 40 m/s, a minimalna - 5 m/s. Badania sterowania przepływem (funkcjonującym w pętli sprzężenia zwrotnego) poprzez nadmuch powietrza na górną powierzchnię wychylonej klapy przeprowadzono na segmentu profilu NACA 00. Segment profilu umocowany był w przestrzeni pomiarowej tunelu w pozycji pionowej pomiędzy dwiema płytami brzegowymi o wymiarach 495x495 mm (rys.). W każdej z płyt umieszczone były łożyska kulkowe dające możliwość zmiany kąta natarcia względem pionowej osi tunelu, w zakresie α = ±45. Rys.. Segment profilu NACA 00 z ruchomą klapką w tunelu aerodynamicznym.5 m Przed właściwymi badaniami wyznaczono kąt skosu strumienia w tunelu, wykorzystując symetrię profilu względem cięciwy. Następnie skorygowano pionowe ustawienie modelu o zmierzony kąt skosu strumienia w taki sposób, że cięciwa modelu profilu była równoległa do kierunku przepływu na zerowym kącie natarcia. Za segmentem profilu umieszczono wzdłużną sondę umożliwiającą pomiary rozkładu ciśnienia spiętrzenia oraz ciśnienia statycznego w śladzie za tym modelem. Uzyskany rozkład ciśnienia służył do pomiaru współczynnika oporu profilu. Liczby Reynoldsa, Macha oraz prędkości przepływu niezakłóconego, przy których prowadzone były badania, przedstawiono w tabeli. Tabela. Uzyskane w badaniach liczby M i Re oraz V M 0.05 0.075 0. V 8.3 m/s 5.9 m/s 34.4 m/s Re 0.6*0 6 0.84*0 6.*0 6 7

STEROWANIE OPŁYWEM KLAPKI PROFILU POPRZEZ NADMUCH FUNKCJONUJĄCY... BADANY MODEL Badany segment profilu NACA 00 z 30% klapą szczelinową był modelem kompozytowym, dwudźwigarowym, z szeregiem odejmowanych górnych pokryw i wolną przestrzenią wewnątrz modelu. Kształt szczeliny nie podlegał procesowi optymalizacji. Cięciwa modelu wynosiła c = 0.5 m, a rozpiętość d = m. Dokładność wykonania powierzchni zewnętrznej modelu segmentuprofilu wynosiła ±0.05 mm (rys.). Rys.. Segmentu profilu NACA 00 z 30% klapą Ruchoma 30%-owa klapa szczelinowa zamontowana została do części głównej segmentu profilu na czterech konsolach umożliwiających jej wychylanie w zakresie δ = 0 0 45 0 ( rys. 3). Rys.5. Rozmieszczenie otworków pomiarowych na segmencie profilu z ruchomą klapą Na części głównej segmentu profilu otworki pomiarowe rozmieszczone zostały w jednym przekroju, leżącym wzdłuż cięciwy profilu pomiędzy osiami dyszek. Natomiast na klapie, dla uzyskania pełniejszego rozkładu ciśnienia, otworki pomiarowe rozmieszczono w czterech przekrojach, usytuowanych zarówno wzdłuż osi dyszek, jak i pomiędzy nimi. Wszystkie otworki pomiarowe (z części głównej segmentu profilu oraz z klapy) połączone były igielitowymi rurkami z trzema elektronicznymi skanerami ciśnienia ESP-3HD, wchodzącymi w skład systemu pomiarowego INITIUM. Pomierzone rozkłady ciśnienia na profilu i klapie służyły do obliczenia charakterystyk aerodynamicznych profilu, tj. współczynników siły nośnej, siły oporu oraz momentu. Segment profilu NACA00 wyposażony został w rząd zespołów dysz, usytuowanych na krawędzi spływu części głównej segmentu profilu (rys. 6). Dysze ustawione były w taki sposób, że wypływający z nich strumień powietrza skierowany był wprost w warstwę przyścienną tworzącą się na noskowej części klapy. Rys.3. Część główna segmentu profilu z 4 konsolami mocującymi klapę oraz odsłoniętymi pokrywami Ruch klapy z zadawaną prędkością zapewniał układ czterech serwomechanizmów (typu HS-7955TG) sprzężonych i zsynchronizowanych elektronicznie (poprzez Power Box System). Aktualne położenie kątowe klapki rejestrowane było za pomocą encodera CEV 58M SSI (rys.4). Rys.6. Usytuowanie dysz na segmencie profilu NACA 00 Każdy zespół składał się z trzech dysz (o wymiarach 5.6 x mm) zasilanych powietrzem z jednej komory. Komory posiadały odpowiednio zoptymalizowaną geometrię wewnętrzną, umożliwiającą przepływ jednakowego wydatku powietrza przez każdą z trzech dysz (rozwiązanie strzeżone patentem) - rys.7. Rys.4. Serwomechanizm (z prawej) wraz z encoderem Do pomiaru rozkładu ciśnienia na górnej i dolnej powierzchni części głównej segmentu profilu oraz klapy wykonano łącznie ponad 00 otworków pomiarowych o średnicy 0.5 mm (rys.5). Rys.7. Ustawienie i kształt komór dyszowych Komory dyszowe zasilane były powietrzem poprzez dwupołożeniowe zawory elektromagnetycznemhe4- MSH o regulowanej częstotliwości pracy zamontowane wewnątrz segmentu profilu. Sprężone powietrze dostarczano do układu pneumatycznego, znajdującego się wewnątrz segmentu profilu, 7

Andrzej Krzysiak ze sprężarki o maksymalnym wydatku powietrza 00 l/min. W układzie zasilania umieszczono ponadto: zbiornik wyrównawczy (o pojemności 000l), zawór regulacyjny (proporcjonalny) oraz przepływomierz. Schemat zasilania zaworów elektromagnetycznych powietrzem przedstawiono na rys. 8. ciśnienia na profilu NACA 00 (z klapą wychyloną pod kątemδ = 40 0 przyα = 0 ) z nadmuchem powietrza na klapę (przepływ przyklejony) i bez nadmuchu powietrza (przepływ oderwany) przedstawiono na rys. 9. Na rysunku tym widać wspomniane różnice w wartościach ciśnienia statycznego w pobliżu krawędzi spływu klapy. -6 Cp -5-4 -3 - przeplyw przyklejony przepływ oderwany M=0. ALFA = DELTA = 40-0 0, 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 x/c Rys.9. Porównanie rozkładów ciśnienia na profilu NACA 00 z przepływem przyklejonym i oderwanym Rys.8. Schemat układu zasilania dwupołożeniowych zaworów elektromagnetycznych powietrzem.3. KONCEPCJA UKŁADU STEROWANIA OPŁYWEM PROFILU FUNKCJONUJĄCYM W PĘTLI SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO Podstawowym zadaniem, jakie miał do wykonania, funkcjonujący w pętli sprzężenia zwrotnego układ sterowania opływem profilu poprzez nadmuch, polegało na utrzymaniu nieoderwanego przepływu na klapie profilu w trakcie jej wychylania. Badania eksperymentalne poprzedzono obliczeniami numerycznymi, które pokazały, że przy planowanym całkowitym wydatku powietrza wydmuchiwanym przez dysze (około 0 m 3 /h), w całym zakresie badanych kątów wychylenia klapy (tj. od δ = 0 0 do δ = 40 0 ),przepływ na klapie pozostaje nieoderwany. Zastosowane do sterowania przepływem zawory elektromagnetyczne były zaworami dwupołożeniowymi, tj. były całkowicie zamknięte lub zapewniały pełny przepływ powietrza o określonym wydatku, regulowanym poprzez zawór proporcjonalny. Sterowanie przepływem wymagało śledzenia na bieżąco stanu warstwy przyściennej w opływie klapy. Wieloletnie doświadczenia eksperymentalne i numeryczne prowadzone w Instytucie Lotnictwa wykazały, że parametrem, który określa stan warstwy przyściennej na górnej powierzchni profilu, tj. czy jest tam przepływ oderwany czy przyklejony, może być wartość ciśnienia statycznego (lub współczynnik tego ciśnienia Cp),mierzona na górnej powierzchni profilu w pobliżu krawędzi spływu. W przypadku przepływu przyklejonego do powierzchni ciśnienie statyczne na spływie klapki ma wartość dodatnią, natomiast w przypadku przepływu oderwanego wartość ujemną. Porównanie rozkładów Proponowany układ sterowania opływem profilu funkcjonujący w pętli sprzężenia zwrotnego przedstawiał się następująco: na wybranym stałym kącie natarcia segmentu profilu wychylano klapę (ze stałą prędkością kątową), mierząc na bieżąco rozkłady ciśnienia statycznego (na powierzchni części głównej segmentu profilu oraz klapy), a także wybrane parametry przepływu niezakłóconego (tj. ciśnienie całkowite oraz ciśnienie statyczne); zmierzona na powierzchni górnej w pobliżu krawędzi spływu klapy wartość ciśnienia statycznego, jak i parametry przepływu niezakłóconego, przekazywane były do elektronicznego układu sterującego (firmy Tech-Design), pomiaru dokonywano co ms; z określonej liczby próbek (z reguły dziesięciu lub dwudziestu) układ sterujący wyliczał średnią kroczącą wartość współczynnika ciśnienia (mierzonego w pobliżu krawędzi spływu klapy) oraz dokonywał analizy zmierzonej wartości, porównując ją z wartością zadaną; jeżeli obliczona wartość była niższa od wartości zadanej, co świadczyło o pojawieniu się oderwania przepływu na klapie, układ sterujący wysyłał sygnał otwierający zawory elektromagnetyczne; otwarcie zaworów powodowało wypływ strumienia powietrza z dysz umieszczonych na krawędzi spływu części głównej segmentu profilu, a skierowany na górną powierzchnię klapy strumień powietrza dostarczał dodatkowej energii do warstwy przyściennej na klapie, powodując przyklejenie się przepływu, a tym samym powodował wzrost współczynnika siły nośnej profilu; przyklejenie się przepływu na klapie skutkowało wzrostem wartości współczynnika ciśnienia mierzonego w pobliżu krawędzi spływu klapy; jeżeli z porównania dokonywanego na bieżąco przez układ sterujący wynikało, że obliczona 73

STEROWANIE OPŁYWEM KLAPKI PROFILU POPRZEZ NADMUCH FUNKCJONUJĄCY. wartość współczynnika ciśnienia była wyższa od wartości zadanej, układ wysyłał sygnał zamykający zawory elektromagnetyczne, zamknięcie zaworów powodowało wstrzymanie nadmuchu powietrza na klapę i spadek prędkości przepływu w warstwie przyściennej klapy, co sprzyjało ponownemu oderwaniu się przepływu i objawiało się zmniejszeniem wartości współczynnika ciśnienia mierzonego w pobliżu krawędzi spływu klapy. Na rys. 0 przedstawiono schemat układu sterowania opływem klapki segmentu profilu funkcjonujący w pętli sprzężenia zwrotnego. Zawory regulujące wydatkiem powietrza przepływającego przez dysze Czujniki pomiar ciśnienia na powierzchni klapy 3.. BADANIA WPŁYWU CIĄGŁEGO NADMUCHU POWIETRZA NA CHARAKTERYSTYKI AERODYNAMICZNE PROFILU Na rys.0, przedstawiono wpływ wydatku powietrza wypływającego przez dysze na rozkład ciśnienia na profilu NACA 00. Badania wykonano dla kąta natarcia profilu α = 0 0, kąta wychylenia steru δ = 40 0 oraz dla liczby Macha przepływu niezakłóconego M = 0.. -6 Cp -5-4 -3 - - 0 VFR = 40 m3/h VFR = m3/h VFR = 85 m3/h VFR = 73 m3/h VFR = 60 m3/h bez nadmuchu Dodatkowe czujniki np. pomiar parametrów przepływu Układ sterujący Rys.0. Schemat układu sterowania opływem klapki segmentu profilu funkcjonujący w pętli sprzężenia zwrotnego 3. WYNIKI BADAŃ Eksperymentalne badania sterowania przepływem poprzez nadmuch powietrza na klapę segmentu profilu NACA 00 przeprowadzono dwuetapowo. W pierwszym etapie badano wpływ ciągłego nadmuchu powietrza na charakterystyki aerodynamiczne profilu z klapą wychyloną pod określonym kątem. Badania wykonano dla następujących kątów wychylenia klapy δ = 0 0, 0 0, 30 0 oraz 40 0, przy różnych wydatkach powietrza płynących przez dysze, VFR = 60 40 m 3 /h. W drugim etapie badań użyto układu sterującego zaworami elektromagnetycznymi, funkcjonującego w pętli sprzężenia zwrotnego, dzięki któremu regulowano wypływem powietrza z dysz (tj. zamykano lub otwierano zawory),w zależności od stanu warstwy przyściennej na klapie segmentu profilu (przepływ oderwany lub przyklejony). W trakcie tych badań klapa segmentu profilu zmieniała swoje położenie (ze stałą prędkością kątową), z kąta wychylenia δ = 0 0 na kąt δ = 40 0, a następnie z powrotem na kąt δ = 0 0. Badania te wykonano dla szeregu wybranych kątów natarcia segmentu profilu (α = 0 0,0 0 i 0 0 ), oraz przy prędkościach przepływu niezakłóconego odpowiadającego liczbom Macha M = 0.05, 0.075 i 0,. 0 0, 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 x/c Rys.0. Wpływ wydatku powietrza wypływającego przez dysze na rozkład ciśnienia na profilu NACA 00 Przeprowadzone badania wykazały, że nadmuch powietrza na klapę powoduje wzrost podciśnienia zarówno na górnej powierzchni klapy (w szczególności w pobliżu jej krawędzi natarcia), jak również w pobliżu krawędzi spływu części głównej segmentu profilu (efekt zasysania powietrza). Wskutek nadmuchu powietrza o zwiększającej się prędkości wypływu strumienia z dysz, do energetyzowana warstwa przyścienna zaczynała przyklejać się do powierzchni profilu, likwidując obszar oderwania przepływu na klapie. W efekcie wzrastała wartość współczynnika ciśnienia statycznego mierzonego na krawędzi spływu klapy. Tak jak już wspomniano, wartość tego współczynnika była parametrem sterującym w układzie sterowania przepływem. Stwierdzono ponadto, że przy wzroście wydatku powietrza płynącego przez dysze powyżej VFR 75 85 m 3 /h wypływ powietrza likwiduje całkowicie oderwanie przepływu na górnej powierzchni klapki, a współczynnik ciśnienia na krawędzi spływu przyjmuje wartości dodatnie. W efekcie likwidacji oderwania przepływu na klapce segmentu profilu wychylonej na kąt δ = 40 0 znacząco rośnie wartość współczynnika siły nośnej profilu. Na rys.. zaprezentowano wpływ nadmuchu powietrza (VFR = 0 m 3 /h) na współczynnik siły nośnej w funkcji kąta natarcia profilu dla kątów wychylenia klapy δ = 0 0, 30 0 i 40 0. 74

Andrzej Krzysiak. Cz.8.6.4. 0.8 0.6 0.4 0.. Cz.8.6.4. 0.8 0.6 0.4.4 Cz. M = 0. δ = 0 Dmuch (4) ; m= 0 m 3 / h Dmuch (46) ; m=0 m 3 / h -0-8 -6-4 - 0 4 6 8 0 4 6 8 0 α[ ] M = 0. δ = 30 Dmuch (5) ; m=0 m 3 / h Dmuch (45) ; m=0 m 3 / h -0-8 -6-4 - 0 4 6 8 0 4 6 8 0 α[ ] nośnej o Cz 0.45, a dla kąta wychylenia klapki δ = 40 0 ten wzrost wyniósł Cz 0.7. 3.. BADANIA STEROWANIA PRZE- PŁYWEM FUNKCJONUJĄCYM W PĘTLI SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO W trakcie eksperymentalnych testów sterowania przepływem funkcjonującym w pętli sprzężenia zwrotnego badano, między innymi, wpływ wartości współczynnika ciśnienia Cp, przy którym następuje otwarcie lub zamknięcie zaworów uruchamiających nadmuch na charakterystyki aerodynamiczne modelu profilu NACA 00 oraz na wielkość zużytego wydatku powietrza. Na rys.. zaprezentowano wpływ sterowania nadmuchem powietrza na współczynnik siły nośnej w trakcie zmiany kata wychylenia klapy, w zakresie δ = 0 0 40 0 0 0. Prędkość kątową klapy wynosiła ω =.4.5 deg/s. Badania wykonano dla prędkości przepływu niezakłóconego odpowiadającego liczbie Macha M = 0, i kącie natarcia profilu α = 0 0. W trakcie tych badań układ sterujący włączał nadmuch powietrza na klapę przy spadku wartości współczynnika ciśnienia poniżej Cp = 0 oraz wyłączał nadmuch przy wzroście jego wartości powyżej Cp = 0..8.6 Rys.. Wpływ sterowania nadmuchem powietrza, funkcjonującym w pętli sprzężenia zwrotnegona współczynnik siły nośnej.4. 0.8 0.6 0.4-0 -8-6 -4-0 4 6 8 0 4 6 8 0 α[ ] Rys.. Wpływ nadmuchu powietrza na współczynnik siły nośnej profilu w funkcji kąta natarcia profilu dla δ = 0 0, 30 0 i 40 0 M = 0. δ = 40 Dmuch (6) ; m=0 m 3 / h Dmuch (38) ; m=0 m 3 / h Na następnych dziesięciu obrazach (rys. 3) przedstawiono rozkłady ciśnienia na klapie oraz głównej części profilu (obszar spływowy), w poszczególnych chwilach czasowych, w trakcie działania systemu sterowania przepływem. Obrazy te zamieszczono w takiej kolejności, że pierwszy z nich przedstawia moment, w którym na górnej powierzchni klapy występuje oderwanie przepływu i system sterujący włącza nadmuch na klapę. Ostatni z tych obrazów przedstawia w przybliżeniu ten sam moment, lecz już w następnym cyklu działania systemu sterowania. Przeprowadzone badania eksperymentalne wykazały wysoką skuteczność działania nadmuchu na badaną klapkę segmentu profilu. I tak, dla kątów wychylenia klapki δ = 0 0 i 30 0 i kątów natarcia α<αkrytyczny, nadmuch powietrza z dysz (o sumarycznym wydatku VFR = 0 m 3 /h) spowodował wzrost wartości współczynnika siły 75

STEROWANIE OPŁYWEM KLAPKI PROFILU POPRZEZ NADMUCH FUNKCJONUJĄCY. Rys.3. Rozkłady ciśnienia na klapie oraz głównej części profilu (obszar spływowy) w funkcji czasu 76

Andrzej Krzysiak 4. WNIOSKI Przeprowadzone badania segmentu profilu NACA 00 z wychylaną klapą, której opływ był sterowany przy użyciu dodatkowego nadmuchu funkcjonującego w pętli sprzężenia zwrotnego, pozwoliły na wyciągnięcie następujących wniosków. Nadmuch powietrza na klapę segmentu profilu może być efektywnym narzędziem sterowania przepływem, umożliwiającym opóźnienie oderwania przepływu na tym profilu, a tym samym wzrost jego maksymalnej siły nośnej. W opisanych w niniejszym artykule badaniach, przy stałym nadmuchu powietrza na klapę, osiągnięto maksymalnie prawie 30% wzrost współczynnika siły nośnej profilu, przy wydatku wydmuchiwanego powietrza VFR = 0 m 3 /h. Istnieje możliwość istotnego zmniejszenia wydatku powietrza zużywanego do nadmuchu klapy poprzez zastosowanie układu sterowania przepływem funkcjonującym w pętli sprzężenia zwrotnego. Przeprowadzone badania wykazały, że wydatek powietrza zużywany do nadmuchu klapy zależny jest od wartości współczynnika ciśnienia, przy którym włączany i wyłączany jest nadmuch powietrza na klapę segmentu profilu. I tak, dla Cp = 0.0 zmierzona wielkość wydatku wynosiła, VFR = 68 m 3 /h a dla Cp = -0.4,VFR = 33 m 3 /h. Nie stwierdzono wpływu współczynnika ciśnienia na maksymalne osiągane wartości siły nośnej na profilu. W badaniach potwierdzono, że wartość współczynnika ciśnienia mierzonego na krawędzi spływu klapki segmentu profilu określa stan warstwy przyściennej na klapce (przepływ oderwany lub przyklejony) i może być parametrem sterującym w układzie sterowania przepływem funkcjonującym w pętli sprzężenia zwrotnego. Zaprezentowane w niniejszym artykule rozwiązanie sterowania przepływem jest chronione patentem. Praca zrealizowana została w ramach projektu europejskiego ESTERA - CLEAN SKY (Multi-level Embedded Closed-Loop Control System for Fluidic Active Flow Control Actuation Applied in High Lift and High Speed Aircraft Operations). Literatura. Gad-el-Hak M.: Flow control passive, active, and reactive flow management. CambridgeUniversity Press, 000.. Gad-el-Hak M.: Flow control - the future. Journal of Aircraft 00, No. 38, p. 40-48. 3. Nishri A., WygnanskiI.: Effects of periodic excitation on turbulent flow separation from a flap. AIAA Journal 998, No. 36, p. 547-556. 4. Melton L.P., Yao C.S., Seifert A.: Active control of separation from the flap of a supercritical foil. AIAA Journal, 005, No. 44, p. 34-4. 5. Seifert A., Greenblat D., Wygnanski I.: Active separation control: an overview of Reynolds and Mach numbers effects. Aerospace Science and Technology 004, N0. 8, p. - 58. 6. Seifert A., Pack L.G.: Compressibility and excitation location effects on high Reynolds numbers active separation control. Journal of Aircraft 003, No. 40, p. 0-6. 7. Krzysiak A., Narkiewicz J.: Aerodynamic loads on airfoil with trailing-edge flap pitching with different frequencies. Journal of Aircraft 006, No., p. 407-48. 8. Krzysiak A.: Zastosowanie nowego rodzaju strumieniowych generatorów wirów do sterowania przepływem. Prace Instytutu Lotnictwa, 0, nr. 9. Alam M., Liu W., Haller G.: Close-loop separation control - an analytic approach. Physics of Fluids 006, No. 8, 04360. 0. Bright M., Culley D., Braunscheidel E., Welch G.: Closed loop active flow separation detection and control in a multistage compressor. NASA/TM 005-3553. Allan B., Juang J., Raney D., Seifert A.:Closed-loop separation control using oscillatory flow excitation.nasa/cr-000-034, ICASE Report No. 000-3 77