Improvement of Aerodynamic Performance and Surface Flow Field for a Flow-Modulated Sweep-Angle Wing---The Active and Passive Control Mechanism

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Project title

Code/計畫編號

NSC96-2221-E019-006

Translated Name/計畫中文名

以主、被動流動控制方式調制不同掠角機翼的表面流場與提高氣動力性能

Project Coordinator/計畫主持人

Shun-Chang Yen

Funding Organization/主管機關

National Science and Technology Council

Department/Unit

Department of Mechanical and Mechatronic Engineering

Website

https://www.grb.gov.tw/search/planDetail?id=1441700

Year

2007

Start date/計畫起

01-08-2007

Expected Completion/計畫迄

01-06-0006

Bugetid/研究經費

596千元

ResearchField/研究領域

航空工程

" 本計劃書擬議一個系統性的實驗方法，利用主、被動流動控制方式調製不同掠角機翼的表面流場與提高氣動力性能，進行科學性及應用性的實驗研究。申請者藉由前一年的國科會補助計畫(NSC 94-2212-E-019-006): 後掠機翼的流場特性、氣動力性能及渦漩逸放特性，進行以雷諾數和攻角為主的參數，探討不同掠角度的旋臂後掠翼研究，得到許多令人雀躍的結果。這些有關於不同掠角在氣流中的邊界層特性行為、尾流區渦漩流逸、氣動力性能及它們之間的交互作用，已有三篇論文分別被 AIAA, JFE, 及ETFS 國際期刊接受。過程中發現機翼的氣動力性能和機翼表面的流場行為有著極密切的關係。因此如何利用主、被動流動控制方式，調控流場確保不同掠角機翼在臨界攻角以上時，能達到延緩機翼表面邊界層分離的效果，進而增加升力，則是另一研究的重要課題。有鑑於此，在此專題研究計畫中；第一年中，進行翼根流場行為(Junction flow)的研究，及以翼尖為小翼(Winglet)之被動式流動控制方式，調製不同掠角機翼的表面流場與提高氣動力性能。在翼根流場行為的研究，過程中將以煙線流場可視化及PIV 量測方法，探討剪流層與壁面效應的瞬間流場之交互作用，並以拓樸理論的分析應用，描繪出正確的連接處流場的結構；並以熱線風速儀偵測機翼翼根處流場行為，利用統計計算，將物理性質對紊流特性的影響加以探討。在翼尖為小翼之被動式流動控制時，以油膜觀察機翼表面流場的特徵模態，藉由六力平衡儀量測氣動力性能，比對兩種實驗的結果，可將升、阻力及力矩的變化與表面流的行為做詳細的討論，進而瞭解不同雷諾數、掠角、攻角、翼尖傾角 (Cant angle)之間的相關性。第二年中，以柵欄激擾(Fence actuate)之主動式流動控制方式，調製不同掠角機翼的表面流場與提高氣動力性能，並同時回饋前一年所得到翼尖為小翼時的最佳結果。過程中以置放不同疏密度的鋼絲網於風洞噴嘴出口和測試段之間，藉以產生不同的自由流紊流強度。研究方式以油膜觀察機翼表面流場的特徵模態；及以熱線風速儀偵測機翼尾流流場行為，包含由壓力及速度梯度所形成的渦街(Vortex street)及剪流層不穩定波(Shear layer instability)之間機制的差異。將不同紊流強度的流體，穿過掠角鈍體時，鈍體的表面流場與尾流行為的關連性做討論。俾利下一年度計畫，使用聲波激擾主動式流動控制的進行。第三年中，以聲波激擾(Acoustic excitation)之主動式流動控制方式，調製不同掠角機翼的表面流場與提高氣動力性能，並回饋與彙整前二年所得到的結果。過程中將以函數產生器及功率放大器改變聲音的頻率及振幅，並將聲波源置放於測試段不同的位置，藉以產生不同自由流的擾動性質，包含頻率、壓力波與紊流強度等特性。實驗量測以六力平衡儀量測氣動力性能，並輔以表面油膜流的流場可視化法，清楚界定機翼受聲波激擾時表面的分離、再接觸、及分離泡等物理特性與氣動力的關係；以熱線風速儀偵測機翼尾流區非穩態結構的物理現象，藉以釐清受聲波激擾，機翼尾流為渦街或剪流層不穩定波之間對氣動力的差異。務期將自由流受聲波激擾的不同頻率及振幅及聲源位置的關係，與機翼的表面流場、尾流區非穩態結構的物理現象、與氣動力性能等，作有系統相關性的討論。 "

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Improvement of Aerodynamic Performance and Surface Flow Field for a Flow-Modulated Sweep-Angle Wing---The Active and Passive Control Mechanism

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