Research of aerodynamic characteristics of wing airfoils

Abstract

The present dissertation analyses the impact of basic airfoil parameters on its aerodynamic characteristics. By using computational methods, experimental research and comparative analysis the study aims to analyse and assess the impact of turbulator on airfoil drag in order to enhance the accuracy of maximum lift predicting. The research object of the present dissertation is the aerodynamic characteristics of airfoil, and aim of research is to analyse and assess the impact of turbulator on airfoil drag, to determine the interdependence between its shape, location and place of transition, to enhance the accuracy of methods for predicting of maximum lift for average Reynolds numbers. The dissertation consists of an introduction, four chapters, and general conclusions, list of references and list of publications by the author. In the introduction the research problem and topicality of the dissertation are discussed. Research object is described, aim of the dissertation and research goals are formulated, research methodology, scientific innovation of dissertation, practical significance of the study results, and the defended arguments are discussed. In the last part of the introduction, publications and conference presentations on the topic of the dissertation by the author and the structure of the dissertation are presented. In the first chapter the impact of airfoil characteristics on flight characteristics of airplane and sailplane is analysed. The importance of aerodynamic characteristics and factors which allow improving them are determined. Experimental research of sailplane free flight and methods of experimental research are analysed. The second chapter discusses computational methods for modeling airfoil aerodynamic characteristics. Computational research and comparative analysis of results obtained by different computational modeling methods are carried out. Impact of laminar separation bubble, fixed transition and its place on airfoil drag is analysed. The third chapter analyses impact of turbulator shape, location and transition on airfoil aerodynamic characteristics. Experimental research methodology and equipment are described. Results of computational modeling and experimental research and their comparative analysis are presented. Results of computational modeling are also compared to results of other experimental studies published in scientific literature. The fourth chapter provides an approach for predicting maximum lift. Performed computational analyses are compared with experimental research results published in scientific literature. An improved methodology is presented, which allows predicting maximum lift for average Reynolds numbers more accurately.

Disertacijoje siekiama įvertinti pagrindinių sparno profilių parametrų įtaką aerodinaminėms jo charakteristikoms. Taikant skaitinius metodus, eksperimentinius tyrimus ir lyginamąją analizę, siekiama ištirti ir įvertinti dirbtinio trikdžio įtaką profiliniam pasipriešinimui ir patikslinti maksimalios jėgos prognozavimą. Todėl disertacijos tyrimų objektas yra sparno profilio aerodinaminės charakteristikos. Tikslas – ištirti ir įvertinti dirbtinio trikdžio įtaką sparno profiliniam pasipriešinimui, nustatyti priklausomybę tarp jo formos, tvirtinimo vietos ir laminariojo turbulentinio virsmo vietos, patikslinti maksimalios keliamosios jėgos prognozavimo metodiką vidutiniams Reinoldso skaičiams. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, bendrosios išvados, literatūros ir autoriaus publikacijų sąrašai. Įvade aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas ir uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pateikiamos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose, disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje išanalizuota sparno profilių aerodinaminių charakteristikų įtaka lėktuvo ir sklandytuvo skrydžio charakteristikoms. Nustatyta aerodinaminių charakteristikų reikšmė ir veiksniai, leidžiantys jas pagerinti. Išanalizuoti eksperimentiniai tyrimai laisvo sklandytuvo skrydžio metu ir eksperimentinių tyrimų metodika. Antrajame skyriuje išnagrinėti skaitiniai sparno profilio aerodinaminių charakteristikų modeliavimo metodai. Atlikti skaitiniai tyrimai ir lyginamoji analizė tarp įvairiais skaitinio modeliavimo metodais gautų rezultatų. Skaitiniais metodais ištirta laminariojo atsiskyrimo burbulo, fiksuoto virsmo ir jo vietos įtaka profiliniam sparno pasipriešinimui. Trečiajame skyriuje tiriama dirbtinių trikdžių formos, tvirtinimo vietos ir laminariojo turbulentinio virsmo vietos įtaka sparno profilio aerodinaminėms charakteristikoms. Aprašoma eksperimentinių tyrimų metodika ir įranga. Pateikiami skaitinio modeliavimo ir eksperimentinių tyrimų rezultatai ir jų lyginamoji analizė. Skaitinių modeliavimų rezultatai lyginami su mokslinėje literatūroje publikuotais eksperimentiniais tyrimais. Ketvirtajame skyriuje tiriamas maksimalios keliamosios jėgos prognozavimas remiantis slėgio skirtumo taisykle. Atlikti skaitiniai tyrimai palyginti su mokslinėje literatūroje publikuotais eksperimentiniais rezultatais. Patikslinta metodika, kuri leidžia daug tiksliau prognozuoti maksimalią keliamąją jėgą esant vidutiniams Reinoldso skaičiams.