Active flow control, in the form of steady and unsteady momentum injection via jet blowing was studied. A jet was obtained by pressing a plenum inside the airfoil and ejecting flow out of a thin slot. The normal and drag forces were measured with leading edge or trailing edge blowing Jet and compared with the results obtained with no blowing. The blowing jet has been shown to improve the aerodynamic performance of the airfoil. The steady jet proved more effective than pulsating jet in these experimental conditions. Furthermore for the case of leading edge steady blowing jet, the alleviation of non-linearity in the normal force curve slope can be seen at higher angles of attack. No effective trailing edge jet was observed in this highly separated flow. This shows that the stall control is highly depends on the characteristics of the boundary layer near the jet slot.
타원형 단면 에어포일의 블로잉 제트에 의한 유동박리 제어효과에 대한 연구를 레이놀즈수 Rec=7.84×105에서 실험적 방법으로 수행하였다. 블로잉 제트는 에어포일 내부의 공기실에 있는 압축공기를 앞전 혹은 뒷전에 위치한 좁은 제트슬롯을 통하여 분출시켰다. 실험결과 블로잉은 날개면 압력회복으로 수직력을 증가시킴으로써 박리 유동을 제어할 수 있음을 보였다. 블로잉에 의한 수직력의 상승은 상대적으로 높은 받음각에서 더욱 효과가 컸으며 낮은 받음각에서는 감소되었다. 현 연구조건에서 수직력을 상승시키는데 가장 효과적인 블로잉 방식은 앞전에서의 90° 방향의 간헐제트이었다. 특히, 간헐제트가 부여된 경우 실속 받음각을 약 2°-3° 지연시킬 수 있었다. 연속제트와 간헐제트 모두 에어포일의 공력특성과 성능을 향상시킴으로써 유동박리 제어에 직접적이고 유효한 방법임을 입증하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제9권1호
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pp.111-120
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2008
A particle image velocimetry (PIV) technique was employed to investigate the effects of blowing jet on the flow characteristics over stationary and pitch-oscillating airfoils. The Reynolds number was $7.84{\times}10^5$ based on the chord length. It was found that for stationary airfoil cases, continuous and pulsating blowing jets successfully reduced separated wake region at high angles of attack. A comparison study of two different types of jet blowing indicated that pulsating jet is more effective than continuous jet for flow separation control. Pulsating leading-edge blowing postpones flow separation and increased stall angle of attack by $2^{\circ}{\sim}3^{\circ}$. For pitch-oscillating airfoil cases, the PIV results showed that blowing jet efficiently delays the separation onset point during pitch-up stroke, whereas it does not prevent flow separation during pitch-down stroke, even at angles of attack smaller than static ones.
타원형 날개꼴의 공력 특성에 브로잉 제트 방식과 제트 방향의 영향에 대하여 실험을 통하여 연구를 수행하였다. 본 연구는 타원형 날개꼴의 박리제어에 있어서 브로잉 제트적용에 관한 기본 데이터를 축적하는데 목적을 두었다. 본 연구에서는 날개면에서의 압력 분포, 브로잉 제트 출구에서의 유속 분포 및 공력 자료를 제공하였다. 타원형 날개꼴에 대한 실험은 레이놀즈수 $8.22{\times}10^5$에서 수행하였다. 펄스제트는 후실속각 이후에 공력 특성을 향상시키는 효과를 보여 주었다. 즉, 펄스제트는 감소된 질량유동율로 상당히 높은 양력을 발생하였다. 제트 방향도 박리제어의 주요 파라미터임을 보였다. 양의 제트각은 박리를 지연시키거나 억제하였고, 음의 제트각은 박리를 오히려 촉진시켰다.
The effect of a continuous blowing or suction on an oscillating 2-D NACA0012 airfoil was investigated numerically for the dynamic stall control. The influence of control parameter variation was also studied in the view point of aerodynamic characteristics. The result showed that the blowing control kept a higher lift drag ratio before stall angle but the dynamic stall angle was not exceed to without control result. As the slot position was closer to leading edge, the positive control effect becomes greater. The stronger jet and the smaller jet angel made more favorable roles on the control performance. In the cases of the suction, the overall control features were similar to those of the blowing, but dynamic stall angle was increased, i.e. suction was more effective to control dynamic stall. It was also founded that the suction control was showed better control effect as the slot position moves to trail edge within thirty percentage of chord length. In the simulation for the jet strength and the jet angle control, the same tendencies were observed to those of blowing cases.
An experimental investigation was conducted to investigate the heat/mass transfer for impingement/effusion cooling system with inclined jet. Jets with inclined angle of 60 are applied to impingement/effusion cooling. At the jet Reynolds number of 10,000, the experiments were carried out for blowing ratios ranging from 0.0 to 1.5. The local heat/mass transfer coefficients on the effusion plate are measured using a naphthalene sublimation method. The result indicates that the inclined jet causes the non-uniform and low heat/mass transfer compared to the vertical jet. At stagnation region, the peak position is shifted from the geometrical center of injection hole due to Coanda effect and its level is higher than that of vertical jet due to increase in turbulence intensity by steep velocity gradient near the stagnation region. Further, the secondary peak region disappears because the interaction between adjacent wall jets weakens. When the initial crossflow occurs, the distorted heat/mass transfer pattern appears. As the blowing ratio (crossflow rate) increases, the heat/mass transfer distributions become similar to those of the vertical jet. This is because the effect of crossflow is dominant compared to that of inclined jet under high blowing ratio $(M{\geq}1.0)$. At low blowing ratio $(M{\leq}0.5)$, averaged Sh value is 10% lower than that of vertical jet, whereas its value at high blowing ratio $(M{\geq}1.0)$ is similar to that of vertical jet.
이차원 타원형 날개꼴에서 펄스제트 브로잉에 의한 박리 제어 효과에 대하여 연구하였다. 박리 유동의 능동제어기술 개발을 위하여 압축공기를 사용하는 연속제트/간헐제트 엑츄에이터를 설계제작하여 타원형 날개 풍동 실험 모델에 장착하였다. 아음속 유동에서 날개 주위 유동장의 PIV 측정과 유동의 가시화을 통하여 간헐제트 브로잉의 타원형 날개의 실속제어 효과와 실용성에 대해 실험연구를 수행하였다. PIV 실험 결과 제트 브로잉에 의해 난류 후류 영역과 박리 버블의 크기를 현저하게 감소시킴으로써 박리제어가 가능함을 보였다. 간헐제트는 연속제트보다 박리제어에 보다 효과적이었다. 간헐제트의 주파수를 증가시키면 보다 높은 받음각에 이르기까지 난류 박리 후류를 효과적으로 억제할 수 있었다.
Two problems with jet injection through the cylindrical film cooling hole are 1) penetration of jet into mainstream rather than covering the surface at high blowing rates and 2) nonuniformity of the film cooling effectiveness in the lateral direction. Compound angle injection is employed to reduce those two problems. Compound angle injection increases the film cooling effectiveness and spreads more widely. However, there is still lift off at high blowing rates. Shaped film cooling hole is a possible means to reduce those two problems. Film cooling with the shaped hole is investigated in this study experimentally. Film cooling hole used in present study is a shaped hole with conically enlarged exit and Inlet-to-exit area ratio is 2.55. Naphthalene sublimation method has been employed to study the local heat/mass transfer coefficient and film cooling effectiveness for compound injection angles and various blowing rates around the shaped film cooling hole. Enlarged hole exit area reduces the momentum of the jet at the hole exit and prevents the penetration of injected jet into the mainstream effectively. Hence, higher and more uniform film cooling effectiveness values are obtained even at relatively high blowing rates and the film cooling jet spreads more widely with the shaped film cooling hole. And the injected jet protects the surface effectively at low blowing rates and spreads more widely with the compound angle injections than the axial injection.
Jet flows applied tangential to a foil surface near the leading and/or trailing edges increase the lift of the foil by delaying the separation also known as the Coanda effects. Many experimental and numerical studies have proven the effectiveness of Coanda effects on circulation control and the effects have been found to be useful in practical application in many aerodynamics fields. Most of the previous works have studied the effects of the jet blowing near the trailing edges and investigated the influence of jet momentum on lift. A few experimental studies, however, focused on the separation bubble that develops near the leading edge and applied jet flow the edge to remove the bubble but only to find decrease in lift. In the present paper, a Coanda foil of 20% thickness ellipse with modified rounded leading and trailing edges was investigated, and the flow around the foil was numerically studied. The blowing around the leading edge only decreased the lift, as the experiments showed, but the suction considerably increased the lift.
By using a centerbody injection, an effort to reduce shock assoicated noise is made in an underexpanded sonic nozzle with an exit diameter of 10mm. The centerbody or micro nozzle, aligned with the axis of the main jet has an o.d. of 2mm and i.d. of 1.5mm. When measured at 90$^{\circ}$ relative to the main jet the farfield noise spectra showed that the screech tones and broadband shock associated noise can be significantly reduced simply by varying the length of the centerbody and/or mass fraction of the microjet. The maximum reduction in overall sound pressure level (OASPL) was as much as 9 and 4 ㏈ at fully expanded jet Mach numbers Mi of 1.3 and 1.5, respectively, when the length of the centerbody was varied from 0 to 4 main nozzle diameters without blowing. With the aid of the blowing, the maximum reduction in OASPL increased to 12 and 7 ㏈ at M$\sub$j/=1.3 and 1.5, respectively. The impact pressure field in the main jet plume strongly suggested that the reduced periodic pressure distribution in the shear layers and/or centerline is responsible for the reduced screech and broadband shock associated noise. Therefore, the steady blowing by a micro centerbody is a promising technique for shock noise reduction in a supersonic jet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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