Åbning af kommunikationslinjer mellem fremdrift og luftstrøm stiller nye spørgsmål

På landingsbanen til mere brændstofeffektive fly, et alternativt fremdriftssystem, der undersøges, er en række elektrisk drevne blæsere. Ventilatorerne er fordelt over vingefanget eller integreret i vingen. Forskere ved University of Illinois fik ny forståelse for, hvordan blæserne og især deres præcise placering på flyet kan påvirke krydssamtalen mellem fremdrift og luftstrømmen omkring vingen.

I de fleste kommercielle fly, motorerne er isoleret fra resten af ​​vingesystemet. I stedet for at være indlejret i vingen eller monteret tættere på den overflade, de hænger ud under vingerne. Dette er gjort, delvis, at forsøge at reducere indflydelsen i krydskobling - krydskommunikationen mellem motorens omdrejningstal og luftstrømsegenskaberne omkring flyvemaskinen.

"Hvis vi tillader de to systemer at tale med hinanden, der er meget øget kompleksitet i strømningsfeltet over vingen og ind i fremdrivningsmotoren - hvilket også ændrer ydeevnen væsentligt, " sagde Philip Ansell, assisterende professor i afdelingen for rumfartsteknik på College of Engineering ved University of Illinois. "Vi har taget to delsystemer - fremdrift og aerodynamik - og vi har sagt, at disse ikke er isolerede delsystemer. Disse er nu én ting."

Ansell, sammen med sin kandidatstuderende Aaron Perry ved U of I og Michael Kerho fra Rolling Hills Research Corporation udførte undersøgelsen for på et grundlæggende niveau at forstå, hvad disse interaktioner er, og hvordan denne kobling mellem kanalventilatorsystemer og vingesektioner vil ændre den aerodynamiske adfærd og det samlede løft, trække, og pitching momentkarakteristika.

"Hvis vi integrerer fremdrivningsmotorerne, som i dette tilfælde er fans, ind i fløjen, vi kan forbedre flyets fremdriftseffektivitet ved at indtage lavhastighedsluften over vingeoverfladen ind i fremdriftsmotoren. Men det er udfordrende at finde ud af, hvordan man gør det på en smart måde.«

Dette forskningsprojekt blev udført eksperimentelt ved hjælp af en 3-D-printet model af en bæreflade, som er et tværsnit af en vinge, monteret inde i en subsonisk vindtunnel. "Vi havde en model med kanalventilatorer monteret over bagkanten af ​​bærefladen. Strømmen går hen over den øvre overflade og derefter ind i ventilatoren, " sagde Ansell.

Han sagde, at manipulationen af ​​gashåndtaget på den kanalventilator monteret på toppen af ​​vingen gav store ændringer i den aerodynamiske opførsel af bærefladen.

"Vi kan justere gashåndtaget for at få blæseren til at dreje hurtigere eller langsommere, så jeg nu har en højhastigheds-jet, der kommer ud af bagenden og virker til væsentligt at løfte flyet gennem et fænomen kendt som supercirkulation. Det ændrer også flowet over overfladen, " sagde han. "Jeg har små områder af strømmen på overfladen kaldet grænselag. Hver gang jeg skruer op for gashåndtaget og begynder at trække luft ind i den propulsor, det udtynder grænselaget. Det ændrer fordelingen af ​​trykket over selve bærefladen. Der sker nogle komplekse ting. Det blæseromdrejningstal, der taler til aerodynamikken i den større bæreflade, er betydelig."

Ansell sagde, at undersøgelsen giver en ny måde at forstå dialogen mellem et komplet flysystem og et fremdriftssystem. Det handler ikke kun om at øge gashåndtaget for at skabe et større tryk og producere en kraft, der går gennem blæserens orienteringsakse.

"Det er ikke så enkelt, fordi det også ændrer luftstrømmen over vingen, " sagde Ansell. "De forskellige orienteringer af enden af ​​blæseren ændrer ydeevnen af ​​vingesektionen såvel som trykfordelingen, fordi det ændrer de lokale flowkvalitetskarakteristika. Vi har nu kvantificeret det og kan forstå nogle aspekter af, hvordan det ser ud.

"Vi var i stand til at tage målinger for bedre at forstå, hvad disse variationer i koblingsegenskaber er. Tidligere vidste vi, at hvis vi øger gashåndtaget på denne blæser, resultatet er en trykvektor, der peger i en bestemt retning. Nu ved vi, at det også vil ændre min lokale vingeaerodynamik."

Papiret, "Aero-Propulsive og Propulsor Cross-Coupling Effekter på et distribueret fremdriftssystem, " blev skrevet af Aaron Perry og Phillip Ansell. Det vises i Journal of Aircraft .