-
36 -
d r . Pokorádi László nk. százados, fő isk o la i docens:
HATÁRRÉTEG VIZSGÁLATA A SZÁRNYON
Napjainkban
a gya k o rla ti aerodinamikai kutatások egyik fő te rü le te a
repülőgép szárnyain keletkező határréteg v iz s g á la ta . Az e lv é g ze tt kutatások eredaényei
b iz o n y ít já k ,
csökkenthető
az
hogy
e lle n á llá s
a határréteg laminaritásának b izto s ítá s á v a l 171.
A ha tá rré te g la o in a ritá s a u .n . a k tív és
p asszív eszközökkel b iz to s íth a tó . Az a k tív eszközök közé s o ro ljá k például a határréteg e ls zív á s á t vagy ln fó v á s á t. A p a sszív eszközök csoportjába ta r to z ik a szárny p ro filjá n a k és - ezen k ere sztü l - a p r o f i l k ö rü li nyomdselosztásnak az op tim a lizá lá s a . Ez utóbbihoz szükséges a szárny k ö rü li határréteg lam inárisból turbulensbe történó á tv á ltá s i helyének meghatározása.
Az USA-ban a NASA /2,A/ és a Boeing cég / I ,6/ is f o ly ta t kutatásokat, hogy
meghatározzák
az
á tv á ltá s i
te r ü le t he ly ze té t miként b e fo lyá so lja a
szárny n y ila zá s i szöge, f e lü le t i érdessége i ll e t v e a repülőgép csúszása.
Nagy problémát az
oka,
áramlási
esetén
k ia la k u ló
határréteg vizsg ála tá n á l
hogy transzszonikus és szubszonlkus sebességtartományban nagyok a
Reynolds-számok, esetén,
sebesség
okoz, hogy a méréseket szélcsatornában nehéz e lv é g e zn i. Ennek az
mert
amelyeket nehezen lehet b iz to s ít a n i k ic s in y ít e t t modellek
a megfúvási sebesség növelésével jelentősen v á lto z ik a közeg
Összenyomhatósága. Jelentősebb probléma n szélcsatornában fe llé p ő tu rb u len cia hatása. A még "zava rta lan " áramlás tu rb u le n ciá ja következtében már e le ve
nem
ily e n
le s z
la m ináris a mérési te s t k ö rü l k ia la k u ló h a tá rré te g . E z é rt az
kutatásokat fő leg re p ü lő kisérle te k ke l vé g zik . A NASA F-14A Toracat, a
Boeing T-33A S ilv e r S ta r tipusó repülőgépet használt fe l a kutatások során.
A
határréteg á tv á lt á s i területének meghatározására négy módszert a l
kalmaztak kutatómérnökök.
Az áramlással rétegben.
első módszerhez hődrótos sebességmérőket használtak. Az adókat az párhuzamosan
helyezték e l a szárnyat b o r ító üvegszálas műanyag
Az adók j e l e i t papírszalagos ö n író készülékkel és mágnesszalagos
-
fe d é lz e ti
37 -
ad atrö gzítővel valós időben rö g z íte tté k . A hókompenzáclős hődró
tos sebességmérő működési e lv é t mutatja he az l . ábra.
1. ábra
1 - hődrótos sebcssépnérő adója; 2 - szél sebességmérő; 3 - e rő s ítő ; 4 -
finomhangoló egység;
5
-
mérőhíd
k ie g é s zítő
e lle n á llá s a i;
6 - dinamikus kimenő je le k ; 7 - s ta tik u s kimenő je le k ; 8,11 - hőkom penzációs e lle n á llá s o k ;
9 - hőadó; 10 - kéteres árnyékolt vezeték;
12 - je le k dinamikus á ta la k ító egysége;
13 - je le k s ta tik u s á ta la
k ít ó egységo.
Ez a módszer a mérőkészülék je le in e k dinamikus és s ta tik u s a n a lízis é n a la p s zik . val
A határrétegben az adók dinamikus j e le i la m in á ris k is am plitúdó
b írn a k , és inkább "nyugodt" je lle g e t viselnek mint a turbulens zónában
elhelyezkedő lek ez
8dók j e l e i . K ie gé szítő ism e rte tő je lek e t hordanak a kimenő je
csúcsam plitudói. Ha a p o z it ív j e l l e l bírnak a csúcsfeszültségek, akkor - á ltalában -
la m in á ris áram lásról tanúskodik.
Negatív jelcsúc3ok v i
szont az esetek többségében turbulens h a tá rré te g rő l árulkodnak.
2.
á b ra
A
második
határrétegben. rü li
38 -
módszernél dinamikus nyomást mérő szondákat alkalmaznak a A szondákkal kapott eredmények lehetővé te s zik a szárny kö
sebességprofil, a határréteg különböző ( p l . k is z o r í t á s i ) vastagságai
nak
és
az impulzus csökkenés mértékének meghatározását is . A szondáknak a
T-33A szárnyán való elhelyezkedését mutatja be a 2 . ábra.
A
NASA
szondákkal szondák
mérési
eredményei
s z e rin t a hődrótos sebességmérőkkel és a
kapott adatok a húrhossz
adatai
alapján
5 S pontosságával egybeesnek. A mérő
az á tv á ltá s i te rü le t á ltalában hátrább adódik. Ez
a zz a l magyarázható, hogy a szondák csak a te lje s e n k if e jlő d ö tt tu rb u le n ciá ra reagálnak. A levegő összenyomhatóságnak növekedésekor esetén) a
szondákkal
kapott
eredményeket
( p l . nagy Hy szám
nem lehet fe lh a szn á ln i.
Ekkor
ugyanis az áramlásba h e lyeze tt szonda már je le n tő s eltéré se k et okoz a méré si
adatokban.
A második módszer előnyeként je le n tk e zik v is z o n t, hogy vele
meghatározhatóak
a
f e lü le t
súrlódását
jellem ző paraméterek. Az impulzus
vastagság például a határréteg v iszk o zitá sáb ó l származó veszteségek je lle m ző je .
A a la p s zik .
harmadik
módszer a szárny fe lüle té n a h e ly i te lje s nyomás mérésén
Az F-1AA szárnyán mért te lje s nyomás és a még zava rta lan áramlás
te lje s nyomásának különbségét ru tá t ja a 3. ábra.
3. ábra
A
A. ábra
kapott eredmények magyarázata az előző k ísé rlete ke n a la p s zik , ame
lyekben ismeretessé v á lt az á tv á ltá s i te rü le t h e lye. Lam ináris áramlás ese tén (vagy ha a b e lépőéitő l turbulens a ha tá rré te g ) a nyomáskülönbség s zig o rúan monoton növekszik a húr mentén. Az á tv á ltá s i pontban a nyomáskülönbség h irte le n csökkenése je le n tk e z ik . Majd ezután a nyomások különbsége a tu rb u lens áramlásban ismét monoton növekedni fog.
-
A
39 -
negyedik módszer lényege a határréteg
Jellegének láthatóvá té te le
/?/ . Ez a s z á m y fc lü le t hó - vagy nyomásérzékeny fo ly a d é k k ris tá lly a l történő bevonásával v á lto z ik ,
oldható meg. A fo lya d é kk ris tá ly szín e az á tv á ltá s i helyen meg mivel
o tt
ugrásszerűen v á lto zik a kö2eg nyomása vagy s zá rn ytó l
való hóelvonása. A fo lya d é k k ris tá ly réteget közvetlenül a repülés e lő t t v i s zik
fe l
a
s zá rn yra . A szárnyat vagy
egy k is é rő repülőgépről, vagy - kétsze mélyes gép esetén - a hátsó ülésben hely e tfo g la ló kutatómérnök á lt a l v e z é re lt fényképezőgéppel
le .
Ily e n
fényképet láthatunk a A. ábrán.
fotózzák
A n y íl
az á tv á ltá s i h e ly e t r u tá t Ja .
Az
5 . ábra a hődrótos
fo lya d é kk ristá lyos < ményeit az
>
és a
h a s o n lítja össze. A grafikonon
á tv á ltá s i pont
he ly ét
(
) módszerek ered
lá th a tju k
húmentén e lf o g l a lt a
szárny
n y ila z á s i
szögének függvényében. A hődrótos sebes ségmérők, hossz
Az nye,
i ll e t v e
a
fo lya d é k k ris tá ly alkalmazásával kapott adatok a h ű r-
5 % pontosságával megegyeznek.
á tv á ltá s i pont folya d é kk ristá lyos meghatározási módszerének
e lő
hogy a ha tárréteg átváltásának te lje s képét nyerjük a szárny t e r je d t
sége mentén. Ezenkívül az eredmények egyszerűen dokumentálhatőak és könnyen szem léltethetőek.
Az
e ljá rá s hátrányaként Je le n tk e zik a z, hogy az eredmé
nyek e lto rzu lá s á t okozzák a b urkolat szennyeződései ( p l . rovarok vagy p o r ), amelyek
a
d é k k ris tá ly
szárnyon h e ly i tu rb u le n ciá t okozhatnak. Problémát okoz a fo ly a vastagságának egyenletlensége, ami az á tv á ltá s i he ly h e ly te le n
meghatározásához ve z e t. A módszer harmadik nagy hiányossága, hogy k is repü lé s i
magasságon
k r is t á ly
(7500 m a l a t t ) és nagy Roynolds-számok esetén a fo lya d é k-
Je le n lé te
a
szárny fe lü le té n a ha tárréteg á tv á ltá s i területének
e lő reto ló dását okozza.
A külön fé le módszerekkel kapott eredmények összehasonlítása ala p ján a kutatók
s z e rin t
a legkényelmesebbnek és legpontosabbnak a hődrótos sebes
ségmérők alkalmazása lá t s z ik /5/ .
- 40 -
Az á tv á ltá s i pont
helyének a szárny n y ila zá s i szögétől va ló függését
a NASA szakemberei v á lto zta th a tó szárnygeom etriájú repülőgép alkalmazásával v izsg á ltá k /2/. A 8oeing kutatómér nökei a szárny tőrészének n y ila z á s i szögét
k ie g é s zítő
to zta ttá k mutatja
b o rítá s s a l v á l
/6/. Ez utóbbi megoldást be
a 6 . ábra. A repülőgép
alapszárnyára 25,4 mm vastag alum í nium
bordákat
rö gzíten e k . Ezekhez
kapcsokkal e rő s íte tté k f e l a 6 ,3 mm vastag
üvegszál-balsa
szerkezetó k a t.
Így
nyon k ív ü l
szendvics
alsó és fe ls ő b o rítá so k é s zíte tte k az a lapszár 20 és
25°-os n yilazású
szárnytőrészeket i s . (A 6 . ábrán: 1 - fe lső b o r ít á s ; 2 - rö g z ítő ka pocs; 3 - a la p s zá m y; 4 - hátsó fő ta r tó ; 5 - mellső fő ta rtó ; 6 - alsó b o r ít á s ; 7 - b o rd a .)
A 7 . ábra a dinamikus nyomást mérő szondákkal kapott erednényt mutat ja
be
» 0,7 és
= 20° esetén. A 8 . ábrán a határréteg á tv á ltá s i te
rületének válto zá sát lá th a tju k
a
fe n ti esetben,
de a repülőgép csúszásos
repülésekor.
7 . ábra
8 . ábra
-
41 -
A 9 . ábra grafik o nja pedig a n y ila zá s i szög függvényében az á tv á ltá s i Reynolds-szára válto zá s át á b rá zo lja .
FELHASZNÁLT IRODALOM
1.
G yörgyfalvy Dezső: In Quest of the Laminar Floww A i r l i n e r -F li g h t E x p e riments on a T-3 3 J e t -T ra in e r . IX . Magyar Repüléstudoaónyi Napok, Dudapest, 19Q8.
2 . Anderson Olanca T r u i l l o - Meyer Róbert R. - C h ile s H arry R .: Techniques used in the F-14 variable-sw eep tra n s itio n f lig h t experiincnt. AIAA 4th F l ig h t Test C o n f., San Dlego, 1988.
3. Moyer Róbert R. ű r. - Jennett Liso A . : I n -F lig h t Surface O il-T lo w Photographs H ith Comparlsons to Pessure O is trib u tio n and Doundary-Layer Oata. NASA TP-2395, 1985.
-
42 -
4 . Meyer Róbert R. - T r u j i l l o Oianca M. - O a rtle tt Oennis U .: F-14 VSTFE and R e s ullts of the Cleanup F lig h t Program N atural Laoinar Flow and Laminar-Flow C o n tro l. IIASA CP-2487, 1987.
5. Oohn-Mayer Marta:
Constructing "Gloved Wngs" fó r Aerodynamic S tu d ie s. AIAA-88-2109. 1980.
6 . McLean 0 .0 . - Georgc-Falvy 0 . - S u lliv o n P .P .: F lig h t Test o f Turbulent Skin F r ic t io n Reduction by R ib le ts . Royal Aeronautlcal S ocie ty Symposium on Drag Reducti on London, 1987.
7. Muraskievics A .M .: Ekszperím entalnic ccto d l opredelenia v polete tocski perehoda pogronicsnovo s z lo ja na k r i l e szacoleta F -1 4 . AVIASZTH[)eNIE 1989 11° A5 p . 19-30
