Gurney flap and T-strip influence on stabilizer aerodynamic effectiveness and hinge moment characteristics

Classic Gurney flap and double Gurney flap (called T-strip) are well researched devices in fixed wing applications. However, their influence on aircraft movable steer aerodynamic characteristics is not widely documented. This paper presents aerodynamic analysis of these two airfoil trailing edge modifications, applied to a typical symmetrical aircraft stabilizer with movable steer. Both solutions were modelled as two dimensional cases and CFD calculations were performed for a selected range of angles of attack and steer deflections. As a result, a set of aerodynamic characteristics was received. They allowed to assess the influence of selected modifications on entire stabilizer aerodynamic effectiveness, as well as on hinge moment characteristics. The flow conditions change in the presence of the analyzed devices were also investigated. This way, performed analysis provided valuable information about advantages and disadvantages of using such devices on small aircrafts control surfaces. The results showed the possibility of significant improvement of the aerodynamic characteristics of the whole stabilizer by using Gurney flap or T-strip, especially at high steer deflection angles and moderately high lift coefficient values.

Klasyczna klapka Gurneya oraz podwójna klapka Gurneya (T-strip) są dobrze przebadanymi urządzeniami w zastosowaniu do stałych płatów. Ich wpływ na charakterystyki aerodynamiczne ruchomych powierzchni sterowych nie jest jednak szeroko udokumentowany. W publikacji przedstawiono analizę aerodynamiczną dwóch wspomnianych modyfikacji krawędzi spływu profilu, w zastosowaniu do typowego dla statków powietrznych symetrycznego statecznika z ruchomym sterem. Obydwa rozwiązania zamodelowano jako przypadki dwuwymiarowe, a następnie przeanalizowano przy pomocy metod CFD dla szeregu kątów natarcia oraz wychyleń steru. W rezultacie otrzymano zestaw charakterystyk aerodynamicznych. Pozwoliły one na ocenę wpływu wybranych modyfikacji na efektywność aerodynamiczną kompletnego statecznika, jak również na charakterystyki momentu zawiasowego. Zbadano również zmiany jakie zachodzą w przepływie w obecności analizowanych urządzeń. Tym sposobem, przeprowadzona analiza dostarczyła cennych informacji dotyczących zalet i wad użycia tego typu rozwiązań na powierzchniach sterowych niewielkich statków powietrznych. Rezultaty wykazały możliwość znacznej poprawy charakterystyk aerodynamicznych całego statecznika w wyniku zastosowania klapki Gurneya lub typu T-strip, zwłaszcza przy dużych wychyleniach steru i umiarkowanie dużych wartościach współczynnika siły nośnej.