بررسی تجربی لایه مرزی روی یک ایرفویل مافوق بحرانی نوسانی ( پیچ) در جریان تراکم پذیر با استفاده از سنسورهای فیلم داغ

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 محقق، مهندسی هوافضا، دانشگاه امیرکبیر، تهران

2 دانشجوی دکتری، مرکز تحقیقات آیرودینامیک قدر، دانشگاه امام حسین(ع)، تهران

3 استاد، مرکز قطب محاسبات عددی، مهندسی هوافضا، دانشگاه امیرکبیر، تهران

4 محقق، مرکز تحقیقات آیرودینامیک قدر، دانشگاه امام حسین(ع)، تهران

چکیده

مشخصات آیرودینامیکی یک ایرفویل بشدت متاثر از رفتار لایه مرزی می باشد. این رفتار و پدیده های متشکله به پارامترهای مختلف اعم از عدد رینولدز، زاویه حمله، حرکت نوسانی، عدد ماخ محلی و تراکم پذیری وابسته است. در این پژوهش آزمایش هایی در زوایای حمله قبل از استال برای مطالعه رفتار میدان جریان تراکم پذیر، بویژه لایه مرزی روی یک ایرفویل مافوق بحرانی در شرایط پایا و ناپایا، نوسان پیچ، در تونل باد سرعت بالا انجام گردید. آزمایشها در اعداد ماخ 4/0و 5/0 با حداکثر زاویه حمله 6 درجه در شرایط استاتیکی و تحت دامنه 1 و 3 درجه و فرکانس 3و6 هرتز در شرایط دینامیکی انجام شده است. اندازه گیریها شامل توزیع فشار و تغییرات تنش برشی با کمک سنسورهای فیلم داغ بوده است. اثرات تراکم پذیری، عدد ماخ جریان آزاد، زاویه حمله متوسط، فرکانس کاهش یافته و دامنه نوسانی بر نواحی مختلف لایه مرزی در شرایط پایا و ناپایا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج در حرکت نوسانی حاکی از پایایی مشخصات لایه مرزی در سیکلهای مختلف نوسان مدل بوده و تاخیر در وقوع گذار پیچ نسبت به شرایط پایا و همچنین نامتتقارن بین گذار و آرام سازی مجدد در یک سیکل کامل نوسان می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] McCroskey WJ, Carr LW, McAlister KW (1976) Dynamic stall experiments on oscillating airfoils. AIAA J 14: 57–63.

[2]  McCroskey WJ (1982) Unsteady airfoils. Annual Rev Fluid Mech 14: 285–311.

[3]  Chow CY, Chiu CS (1986) Unsteady loading on an airfoil due to vortices released intermittently from its surface. J Aircraft 23: 750–755.

[4]  Nakayama A, Stack JP (1993) Surface hot-film technique for measurements of transition, separation, and reattachment points. AIAA 24t h Fluid, Dynamics Conference July 6-9.

[5]  Stack P, Mangalam SM, Berry SA (1987) A unique measurement technique to study laminar- separation bubble characteristics on an airfoil. AlAA 87-1271.

[6]  Ericsson, Reding LE, JP (1988)  Fluid mechanics of dynamic stall. Part I Unsteady flow concept. J Fluids Structures 2: 1–33.

[7]  Park SO, Kim JS, Lee, BI (1989) Hot-wire measurements of near wakes behind an oscillating airfoil.  AIAA J 28: 22–28.

[8]  Chandrasekhara MS, Carr LW (1990) Flow visualization studies of the Mach number effects on dynamic stall of an oscillating airfoil. J Aircraft 27: 516–522.

[9]  Lorber PF, Carta Fo (1989) Airfoil stall penetration at constant pitch rate and high Reynolds number. N89-19260.

[10] Lorber PF, Carta Fo (1992) Unsteady transition measurements on a pitching three-Dimensional wing. N93-27450.

[11] Schreck S, Faller, W, Helin H (1994) Pitch rate and Reynolds number effect on unsteady boundary layer transition and separation. AIAA Paper 94-2256.

[12] McCroskey WJ (1997)  Computations of unsteady separating flows over an oscillating airfoil. AIAA J 35: 1235–1238.

[13] Moes TR, Sarma GR, Mangalam SM  (1997)  Flight Demonstration of a Shock Location Sensor Using Constant Voltage Hot- Film Anemometry. NASA Technical Memorandum 4806.

[14] Mangalam AS, Moes TR (2004) Real-Time Unsteady Loads Measurements Using Hot-Film Sensors, AIAA 2004-5371. {Carey, 1998 #8}

[15] Lee T, Basu S (1998)  Measurement of unsteady boundary layer developed on oscillating airfoil using multiple hot-film sensors. Exp Fluids 25: 108-117. {Carey, 1998 #8}

[16] Lee T, Gerontakos P, (2004) Investigation of flow over an oscillating airfoil. J Fluid Mech 512: 313–341. {Carey, 1998 #8}

[17] Meijering A, Schroder W (2001) Experimental Analysis of Separated Transitional Transonic Airfoil Flow. AIAA 2001-2987. {Carey, 1998 #8}

[18] Hausmann F, Schroder W (2006) Coated Hot-Film Sensors for Transition Detection in Cruise Flight. J Aircraft 43(2): 456-465. {Carey, 1998 #8}

[19] Kim DH, Chang JW (2010) Unsteady boundary layer for a pitching airfoil at low Reynolds numbers. J Mech Sci Technol 24: 429–440. {Carey, 1998 #8}

[20] Sinclair DW (1996) Measurement techniques applied in a production wind tunnel facility at transonic speeds. AIAA Meeting Papers on Disc. {Carey, 1998 #8}

[21] Amiri, Soltani MR, Haghiri A (2013) Steady flow quality assessment of a modified transonic wind tunnel. Sci Iran B 20 (3): 500–507. {Carey, 1998 #8}

[22] Press WH, Teukolsky SA, Vetterling WT, Flannery BP (2007) Numerical Recipes. The Art of Scientific Computing, Cambridge University Press: 640-642. {Carey, 1998 #8}

[23] Svensdotter S, Fransson T (1998) Hot film and liquid cristal transition measurements in a cscade At varying RE and TU. A98-35273. {Carey, 1998 #8}

[24] Johnson CB,  Cmaway DL, Stainback PC,  Fancher MF (1987) A Transition Detection  Study Using a Cryogenic Hot  Film  System  in  the  Langley  0.3-Meter  Transonic Cryogenic Tunnel. AIAA Paper  87-0049. {Carey, 1998 #8}

[25] Wusk MS, Carraway DL, Holmes BJ (1988) An  arrayed  hot-film  sensor  for  detection  of  laminar boundary-layer flow disturbance spatial characteristics. AI AA-88-4677-CP.

[26] Hall RM, Obara CJ, caraway DL, Johnson CB ,   Azzazy M (1989)  Comparisons of  boundary-layer transition measurement techniques in the langley unitary plan wind tunnel. AIAA 89-2205-CP. {Carey, 1998 #8}

[27] Ida F, Kunikyo T, Nakasu K, Shinohara J, Experimental Quantitative Turbine Boundary-Layer Investigations Using Multiple Hot Film Sensor, AIAA 94-2537. {Carey, 1998 #8}

[28] Ubaldi M, Zunino P (2006) Boundary layer transition on the suction side of a turbine blade. Proceedings of the 2nd WSEAS Int. Conference on Applied and Theoretical Mechanics, Venice, Italy.{Carey, 1998 #8}

[29] Olivani A, Halter F, Yoshida A, Gökalp I (2005) Experimental characterization of turbulence spectra and scales in high pressure turbulent premixed flames. Proceedings of the European Combustion Meeting.{Carey, 1998 #8}

[30] Canepa E, Ubaldi M, Zunino P (2002) Experiences in the application  of intermittency detection techniques to hot film signals in transitional boundary layers. The 16th Symposium on Measuring Techniques in Transonic and Supersonic Flow in Cascades and Turbomachines. {Carey, 1998 #8}

[31] Schlichting H, Kestin J (Translator) (2000) Boudary-layer theory. 7th edn. McGraw-Hill, New York