Original title:
Aktivní řízení proudu na křídle letounu
Translated title:
Active flow control on aircraft wing
Authors:
Koziel, David ; Novák, Ondřej (referee) ; Popela, Robert (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2022
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[eng][cze]
Tato práce se zabývá konceptem vyfukovací štěrbiny – zařízení využívajícího aktivní řízení (AFC) proudu, které je aplikováno na křídlo. Nejprve je nastíněn problém vztlakových zařízení obecně a následně je představen koncept AFC s několika způsoby jeho přínosů a účinnosti. Poté je představena idea za výpočetní dynamikou tekutin (CFD) a několik nástrojů nezbytných k vyhodnocení celkového návrhu a výsledků. Pomocí programu Fluent jsou spouštěny simulace jak pro čistou konfiguraci, tak pro konfiguraci s AFC zařízením. Předmětem této analýzy jsou 2D i 3D případy. Důraz je však kladen především na 3D případy, protože myšlenkou této práce je převést koncept zařízení (které bylo již dříve simulováno ve 2D) na rovné a šikmé křídlo. Výsledky uvedené na konci tohoto dokumentu ukazují, že koncept zkoumaného AFC zařízení je teoreticky možné aplikovat na křídlo. Zařízení musí být však navrženo speciálně pro dané křídlo, jelikož půdorys a použitý profil křídla mají signifikantní vliv na prostorové efekty (zejména na indukovanou rychlost a víry na konci křídla). Následně, tyto efekty ovlivňují pozici vyfukovací štěrbiny. Výsledky také ukazují, že účinnost tohoto zařízení má tendenci dosahovat maxima ve chvíli, kdy se rychlost vzduchu vyfukovaného ze štěrbiny blíží velikosti rychlosti volného proudu. Dalším výsledkem je, že zařízení má tendenci větší měrou zvětšovat svou účinnost na křídle šikmém v porovnání s křídlem přímým. To vše znamená, že koncept AFC zařízení by mohl být před případnými testy ve větrném tunelu dále optimalizován pomocí výsledků uvedených v této (a předchozí práci). Optimalizace, kterou je nutné provést pro konkrétní křídlo, by nyní zahrnovala změnu více parametrů, jako je rychlost foukání ze štěrbiny, šířka štěrbiny, délka štěrbin, poloha štěrbiny vzhledem k tětivě a poloha štěrbiny vzhledem k rozpětí, což z toho činí práci náročnou na zdroje.
This thesis deals with the concept of an active flow control (AFC) device applied to a wing. First, the problem of high-lift devices is outlined in general, and then the concept of the AFC device is introduced with several ways of assessing its benefits and efficiency. Then, the idea of computational fluid dynamics (CFD) is introduced with several tools necessary to evaluate the overall design and results. Using the Fluent code, the simulations are run for the clean and AFC configurations. The 2D and 3D cases are the subject of analysis. However, the focus is put mainly on the 3D cases, as the idea of this thesis is to translate the concept of the device (which was simulated in 2D already before) to a straight wing and a swept wing. The results given at the end of this document show that the AFC device concept could be applied in theory to a wing. However, it has to be designed specifically for the given wing, as the planform and the airfoil used influence the spatial effects (mainly the induced velocity and wingtip vortices). Subsequently, this influences the position of the blowing slot. The results also show that the efficiency of this device tends to peak when the velocity of the blowing slot is close to the free-stream velocity magnitude. Another outcome is that the device tends to improve its efficiency to a greater extent on a swept wing than on a straight wing. This means that the concept of an AFC device could be further optimized (before possible wind tunnel testing) using the methods and results shown in this (and the previous) thesis. However, the optimization, which must be done for a specific wing, would now involve varying more parameters such as blowing slot velocity, blowing slot width, blowing slot length, blowing slot chordwise position, and blowing slot spanwise position, which makes the job resource-demanding.
Keywords:
CFD; konečné rozpětí; přímé křídlo; víry na koncích křídel; zařízení aktivního řízení proudu; zhodnocení účinnosti; zvyšování vztlaku; štěrbina náběžné hrany; šípové křídlo; active flow control device; CFD; efficiency assessment; finite wingspan; leading edge slot; lift increasement; straight wing; swept wing; wingtip vortices
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: https://hdl.handle.net/11012/252357
guest ::
