회류 수조 흐름 시각화: 델타 날개 위 첨단 소용돌이 관찰

델타 윙이 공격 각도가 약간 더 높은 경우 일반적으로 각도가 7°를 초과하는 경우 유동 분리가 앞가장자리에서 발생합니다. 직사각형 날개에서 일어나는 것처럼 후행 가장자리 근처에서 하류에서 발생하는 흐름 분리 대신 그림 2에 표시된 것처럼 최첨단 vortices의 롤업은 날개의 상부 표면에 낮은 압력을 유도하고 리프트를 향상시킵니다. 이 현상은 소용돌이 리프트라고하며 직사각형 날개의 실속 각도에 비해 지연 된 높은 실속 각도에 기여합니다.

그림 2. 적당한 공격 각도에서 델타 날개 를 통해 소용돌이 형성. A) 날개 정점에서 코어와 소용돌이형성을 보여주는 파란색 줄무늬가 있는 상단 보기와 하프 코드에서 선두 가장자리에서 소용돌이 롤업을 보여주는 그린 줄무늬라인. B) 소용돌이 롤업측면 보기. 정점(청색 염료)에서 유래되는 소용돌이는 하프 코드(녹색 염료)에서 생성된 소용돌이와 상호 작용합니다.

이 vortices날개 정점에서 시작 하 고 어떤 시점에서 그들은 버스트 다운 스트림 어디 (소용돌이 고장) 높은 불리 한 압력 그라데이션 으로 인해. 소용돌이 고장이 발생하면 소용돌이가 더 이상 저압을 유도할 수 없습니다. 공격의 상대적으로 낮은 각도의 경우, 소용돌이 고장은 후행 가장자리의 하류에 발생합니다. 그러나 공격 각도가 증가하면 소용돌이 고장의 위치가 상류로 이동하여 대부분의 날개 표면에서 고장이 발생하는 지점으로 이동합니다. 이렇게 하면 리프트가 줄어들고 날개가 정지됩니다.

이러한 소용돌이 패턴은 물 터널에서 염료를 사용한 유동 시각화를 사용하여 관찰될 수 있다. 최첨단 근처의 모델의 적절한 위치에 있는 포트를 통해 꾸준한 염료 흐름이 방출됩니다. 염료는 물과 혼합하고 줄무늬의 시각화를 허용하는 흐름을 따릅니다. 염색된 흐름은 추적되고, 소용돌이 형성, 개발 및 다른 소용돌이 및 유동 구조물과의 상호 작용이 소용돌이 고장때까지 관찰된다.

터널의 염료와 물은 유사한 물리적 특성을 가져야 하며, 포트 개구부에서의 방출 압력은 흐름에 대한 교란을 최소화하기 위해 로컬 유압과 같아야 합니다. 염료에 의해 형성된 줄무늬선은 vortices, 라미나르 지역, 난류 지역 및 전환 영역과 같은 다양한 흐름 구조를 강조표시합니다. 이러한 구조는 다양한 형상 또는 모델 태도의 흐름을 비교하는 데 관찰하고 사용할 수 있습니다.

그림 3. 델타 윙 실험 설정. A) 델타 윙은 물 터널 테스트 섹션 내부의 C 스트럿에 장착. B) 물 터널의 벽에 C-스트럿 연결. C) 염료 용기, 가압 공기 공급 및 세 개의 밸브가 염료 유량을 제어합니다.

실험에서, 우리는 도 4에 도시된 바와 같이, 소용돌이 고장을 식별 할 수 있습니다. 날개 정점에서 소용돌이 고장으로의 거리는 날개에 그려진 스케일을 사용하여 측정할 수 있다(도 4B). 실험 중, 날개의 공격 각도가 점진적으로 증가하였고, 날개 정점에 대하여 소용돌이 고장 위치인 _lb가측정되었다. 도 5와 같이 날개 후행 모서리와 관련하여 고장 위치 x/c가 공격 각도에 대해 그래프로 표시되었습니다. α 10°≈ 경우, 최첨단 소용돌이 고장의 시간 평균 위치는 델타 윙의 후행 가장자리에 있습니다. 공격 각도가 증가함에 따라 소용돌이 고장의 위치가 점차 상류로 이동했습니다. α 40°≈ 때, 소용돌이 고장은 델타 윙의 정점에 거의 후행 가장자리에서 96 % 화음 위치에서 발생했습니다. 이러한 태도에서 델타 윙은 전체 마구간, 리프트의 총 손실을 경험한다.

그림 4. 소용돌이 고장 식별. A) 날개 정점 l_b에서소용돌이 고장 및 소용돌이 고장의 거리의 측면 보기 . B) 소용돌이 고장의 최고 보기 및 날개 정점 l_b에서거리 .

그림 5. 소용돌이 고장 위치. 공격 각도< 10°의 경우, 소용돌이 고장은 날개의 하류에서 발생했습니다. 공격 각도 >40°의 경우 흐름이 날개 끝에서 분리됩니다.

물 터널에서 유동 시각화를 사용하여 델타 윙의 다양한 공격 각도에 대한 소용돌이 고장 위치를 확인했습니다. 물 터널의 유동 시각화는 유동 필드의 특정 위치에 염료를 주입하여 수행됩니다. 염료는 흐름을 따라 흐름 줄무늬를 관찰 할 수 있습니다. 이 방법은 풍관에 사용되는 연기 시각화 기술과 유사합니다. 그러나 여러 가지 염료 색상을 사용하는 기능은 유동 구조 및 상호 작용의 쉬운 시각화를 허용했습니다. 이 방법의 또 다른 장점은 유동 필드의 3D 정보를 공급하는 저비용 기술이라는 것입니다.

유동 시각화를 위한 염료 주입은 수많은 응용 분야의 고전적인 방법입니다. 예를 들어, 파이프 흐름의 난기류에 대한 유명한 레이놀즈 실험은 시각화를 위해 염료를 사용하여 실행되었으며 원형 파이프에서 라미나르 및 난류 흐름 영역을 식별했습니다. 이 기술은 난류 영역을 식별하는 데 사용할 뿐만 아니라 난기류에 의해 촉진되는 혼합을 연구하여 다른 유동 구조를 연구하는 데 사용할 수도 있습니다.

소용돌이 및 분리 기포와 같은 흐름 구조는 소용돌이 리프트를포함하여 현상을 지배하는 물리학에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 따라서 이 방법은 자동차, 선박, 고층 건물 및 긴 교량과 같은 유동구의 영향을 받는 장치의 설계 및 최적화를 돕기 위해 유동 시각화에 사용될 수 있습니다.