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Main Title: Application of active flow control to a finite swept wing
Translated Title: Anwendung von aktiver Strömungskontrolle auf einen gepfeilten, finiten Flügel
Author(s): Tewes, Philipp
Advisor(s): Wygnanski, Israel
Paschereit, Christian Oliver
Referee(s): Wygnanski, Israel
Paschereit, Christian Oliver
Michel, Ulf
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The performance of a semi-span wing, based on a NACA 0012 airfoil section, equipped with a 30% simple flap and a linear array of fluidic oscillators, was investigated experimentally in regards to the application of active flow control. The significance of wing sweep, aspect ratio and tip shape on the efficiency of this actuation technique was assessed. The semi-span wing was suspended from the wind tunnel ceiling through a six-component balance, and could be rotated relative to the oncoming freestream. Three sweep angles were considered (0° and ±45°). The aspect ratio was adjustable while maintaining the sweep angle. The wing incidence, its flap deflection, the level and distribution of actuation were the additional independent parameters investigated. The experiments were carried out at Reynolds numbers varying between 300,000 and 500,000. The boundary layer was tripped in order to fix the location where transition to turbulence occurs. In contrast to the unswept wing equipped with fluidic oscillators, the swept wing required a substantially lower input level of actuation to improve the generated lift and to alter its pitching moment, provided the aggregate number of the actuators used was small and were sparsely spaced. Under these conditions, the actuators acted as fluidic fences that re-orientated the flow by reducing its spanwise component or even eliminating it locally. Therefore, the aerodynamic characteristics could be changed on demand. Controlling the flow component parallel to the leading edge was effective at low angles of attack or flap deflection angles. At higher incidence or flap deflection, the focus of active flow control had to shift to the component normal to the leading edge, overcoming a high adverse pressure gradient that requires a much higher level of input and closely spaced actuators. Force and pressure measurements were carried out in both cases as well as flow visualization using tufts.
Die Leistung eines NACA-0012-basierten Flügels mit einfacher 30% - Hinterkantenklappe wurde hinsichtlich der Strömungsaktuation durch linear angeordnete fluidische Oszillatoren experimentell untersucht. Dabei war es das Ziel, den Einfluss der Flügelpfeilung, der Tragflächenstreckung und der Form der Flügelspitze auf den Wirkungsgrad dieser Aktuationsmethode zu beurteilen. Der Flügel mit halber Spannweite war dazu mit einer Sechs-Komponenten-Windkanalwaage verbunden. Daran wurde er von der Windkanaldecke herabgelassen und gegenüber der Anströmung in drei verschiedene Pfeilwinkel geschwenkt: −45°, 0° und 45°. Für jeden dieser drei Pfeilwinkel konnte die Tragflächenstreckung individuell eingestellt werden. Der Anstellwinkel des Flügels, sein Klappenausschlag sowie das Niveau und die Verteilung der Aktuatoren wurden als weitere unabhängige Parameter untersucht. Die Versuche wurden bei Reynolds-Zahlen zwischen 300.000 und 500.000 durchgeführt wobei der laminar-turbulente Umschlag fixiert wurde. Im Gegensatz zu ungepfeilten Flügeln, bei denen die fluidischen Oszillatoren in der gleichen geringen Anzahl, und mit großen Abstand zueinander angeordnet sind, benötigte der Pfeilflügel einen wesentlich niedrigeren Impulsbeiwert, um den erzeugten Auftrieb und das Nickmoment zu verbessern. Unter diesen Bedingungen agierten die Aktuatoren als fluidische Zäune, welche die Strömungskomponente parallel zur Vorderkante reduziert oder lokal eliminiert haben. Dadurch konnten die aerodynamischen Eigenschaften nach Bedarf geändert werden. Die Beeinflussung der Strömungskomponente parallel zur Vorderkante war wirksam bei niedrigen Anstellwinkeln oder bei geringen Klappenausschlägen. Bei höheren Anstellwinkeln oder größeren Klappenausschlägen musste sich der Schwerpunkt der aktiven Strömungskontrolle auf die Komponente normal zur Flügelvorderkante verschieben. Die Überwindung des hohen Druckanstieges erforderte hier ein viel höheres Niveau an aktiver Beeinflussung und eine engere Anordnung der Aktuatoren. Kraft und Druckmessungen wurden in beiden Fällen durchgeführt, ebenso eine Strömungsvisualisierung mit Wollfäden.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5224
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4921
Exam Date: 13-Oct-2015
Issue Date: 2015
Date Available: 29-Dec-2015
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): active flow control
high-lift aerodynamics
finite swept wing
fluidic oscillators
independence principle
aktive Strömungskontrolle
Hochauftriebs-Aerodynamik
gepfeilter finiter Flügel
fluidische Oszillatoren
Unabhängigkeitsprinzip
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