Zastosowanie nowego rodzaju strumieniowych generatorów wirów do sterowania przepływem

Praca jest podsumowaniem wieloletnich badań doświadczalnych prowadzonych przez autora niniejszej pracy nad zagadnieniem sterowania przepływem, w tym zwłaszcza przy wykorzystaniu strumieniowych generatorów wirów. W pierwszych rozdziałach pracy przedstawiono przegląd stanu wiedzy w obszarze sterowania przepływem. Przeglądu dokonano w oparciu o zaproponowany podział stosowanych technik sterowania, który bierze pod uwagę dominujący charakter sterowanego przepływu tj. laminarny lub turbulentny. W ramach tego przeglądu szczegółowiej omówiono dotychczasowe dokonania w dziedzinie sterowania przepływem przy użyciu strumieniowych generatorów wirów. Oryginalnym wkładem autora pracy w obszar stosowanych technik sterowania przepływem jest zaprezentowana pasywna metoda sterowania, przy użyciu samozasilających się strumieniowych generatorów wirów. W technice tej do wytwarzania wirów wykorzystuje się strumienie powietrza wyływające z dysz generatorów, powstające wskutek różnicy ciśnienia pomiędzy dolną a górną powierzchnią profilu. Technika ta jest znacznie prostsza w realizacji, w porównaniu do dotychczas stosowanych rozwiązań i jak wykazano, niewiele im ustępuje w dziedzinie skuteczności działania. W następnych rozdziałach omówiono wyniki eksperymentalnych badań podstawowych charaktetystyk aerodynamicznych modelu profilu NACA 0012, wyposażonego zarówno w dotychczas stosowane, konwencjonalne strumieniowe generatory, wirów (zasilane powietrzem ze spężarki), jak i proponowane samozasilające się strumieniowe generatory wirów (zasilane powietrzem z obszarów nadciśnienia). Badania zrealizowane zostały w dwóch tunelach aerodynamicznych Instytutu Lotnictwa. W ramach tych prac przeprowadzono badania wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych konwencjonalnych strumieniowych generatorów wirów na charakterystyki aerodynamiczne badanego profilu i dokonano optymalizacji tych parametrów, ze względu na skuteczność działania generatorów. W następnej kolejności przeprowadzono eksperymentalną weryfikację skuteczności działania proponowanych samozasilających się strumieniowych generatorów wirów, porównując skuteczność ich działania z dotychczas stosowanymi generatorami wirów. Uzupełnieniem tej weryfikacji była wizualizacja wirów tworzących się na górnej powierzchni profilu przy zastosowaniu obu typów generatworów. W przedostatnim rozdziale niniejszej pracy przedstawiono koncepcję podwyższenia skuteczności działania zaproponowanych samozasilających się strumieniowych generatorów wirów poprzez wytworzenie podwójnych sprzężonych ze sobą wirów. W ostatnim rozdziale pracy zaprezentowano wyniki eksperymentalnych badań nad zastosowaniem samozasilających się strumieniowych generatorów wirów do sterowania przeciągnęciem dynamicznym na łopacie odchodzącej wirnika śmigłowca.

The work is recapitulation of years of experimental research conducted by the author of this work on the problem offlow control, especially with using air jet vortex generators. The first chapter presents an overview of the "state of art" basing on proposed classification of known control techniques, which takes into account the dominant nature of the controlled flow, i.e. laminar or turbulent The review discusses progress made in controlling the flow using air jet vortex generators. The passive flow control method with using self-supplying air jet-vortex generators, what is author's original contribution to the knowledge, is presented. Mention technique is used to produce vortices formed as a result of the pressure difference between the lower and upper airfoil surface. This technique is much simpler in implementation in comparison with the conventional solutions and as has been shown characterized with only a little less effectiveness. In subsequent chapters the results of experimental tests of basic aerodynamic characteristics of NACA 0012 airfoil model, equipped with both the previously used conventional air jet vortex generators (powered with air from compressor) as well as proposed, the self-supplying air jet vortex generators (powered with air from overpressure areas) are discussed. The tests were carried out in two wind tunnels of the Institute of Aviation. As part of this work the study of the influence of selected design parameters of conventional air jet vortex generators on the airfoil aerodynamic characteristics and the optimization of these parameters (due to the effectiveness of the generators) has been done. Next, the experimental verification of the effectiveness of the proposed self-supplying air jet vortex generator was performed by comparing their effectiveness with conventional vortex generators. The visualization of vortices formed on the upper surface of the airfoil using both types of generators was a supplement to this experimental verification. The penultimate chapter of this paper presents the concept of increasing the effectiveness of the proposed self-supplying air jet vortex generators by creating a dual coupled vortices. In the last chapter the results of experimental tests of the application of self-supplying air vortex generators to control the dynamic stall on retreating helicopter rotor blade are presented.