Control of flow structure on low swept delta wing using unsteady leading edge blowing

Abstract

İnsansız Hava Araçları (İHA), İnsansız Savaş Araçları ve Mikro Hava Araçları'nın basitleştirilmiş planformlarından olan düşük ok açılı delta kanatların aerodinamik özellikleri üzerine son yıllarda artan bir ilgi bulunmaktadır. Özellikle perdövites durumunun geciktirilmesine yönelik olarak, bu araçların operasyonel sınırlarının belirlenmesi ve genişletilmesi için, düşük ok açılı delta kanatların akış yapılarının ve kontrolünün anlaşılması gerekmektedir.Kanadın muhtelif bölgelerinden üfleme tekniği sahip olduğu yüksek verimlilik sebebiyle çeşitli akış kontrol stratejileri arasında sıklıkla kullanılmaktadır. Daimi ve zamana bağlı üfleme tekniğinin değişen üfleme oranlarında farklı tahrik yapıları ile oluşturulabilecek konfigürasyınlarının derinlemesine çalışılması gerekmektedir.Bu çalışmada 45 derece ok açılı delta kanat akış yapısının, kanat ucundan zamana bağlı üfleme tekniği ile kontrol edilmesi amaçlanmıştır. Deneyler düşük hızlı rüzgar tünelinde gerçekleştirilmiştir. İlk olarak geniş bir aralıkta periyodik tahrik frekansı ve üfleme oranlarını sağlayabilen zamana bağlı üfleme akış kontrol deney düzeneğinin kurulumu gerçekleştirilmiş ve Kızgın Tel Anemometre (HWA) ile karakterizasyonu yapılmıştır. Daha sonra delta kanat üzerindeki akış yapısı, Reynolds sayısı Re=35000'de, 7 dereceden 20 dereceye kadar olan hücum açıları için, yüzey basınç ölçümleri ve parçacık görüntülemeli hız ölçme tekniği (PIV) ile nicelendirilmiştir. Sabit üfleme katsayısında 2 Hz ile 24 Hz arasında değişen periyodik tahrik frekansları test edilerek, daimi üfleme durumları ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar kanat hücum kenarından yapılan zamana bağlı üfleme tekniğinin perdövitesi önlenmesinde oldukça etkili olduğunu göstermiştir.Anahtar Kelimeler: Delta kanat, düşük ok açılı delta kanatlar, Hücum kenarı girdabı, Aktif akış kontrolü, Kanat hücum kenarından zamana bağlı üfleme tekniği.

There is an increasing interest in recent years in the aerodynamics of low swept delta wings, which can be originated from simplified planforms of Unmanned Air Vehicles (UAV), Unmanned Combat Air Vehicles (UCAV) and Micro Air Vehicles (MAV). In order to determine and to extend the operational boundaries of these vehicles with particular interest in delaying stall, complex flow structure of low swept wings and its control needs to be understood. Among different flow control strategies, blowing through different locations of the wing has been commonly used due to its high effectiveness. Steady and unsteady blowing with different configurations in terms of excitation pattern at different injection rates needs to be studied thoroughly.In the current study, it is aimed to control the flow structure of a low swept delta wing with sweep angle of Λ=45o using unsteady blowing through leading edges. Experiments are conducted in low speed wind tunnel. First, the unsteady blowing test set-up, which is able to provide a broad range of periodic excitation frequencies and injection rates, is built and characterized using Hot Wire Anemometry. Then, the flow structure on the wing is quantified using surface pressure measurements and Particle Image Velocimetry (PIV) technique for the attack angles varying from 7 to 20 degrees at Reynolds number of Re=35000. Different periodic excitation frequencies, varying from 2 Hz to 24 Hz, at fix momentum coefficient are tested and compared with the steady injection cases. The results indicate that unsteady blowing through leading edges of the planform is quite effective for the eradication of stall. Keywords: Delta wing, Low swept delta wings, Leading edge vortex, Active flow control, Unsteady leading edge blowing.