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水隧道中的流量可视化:在三角洲翼上观察前沿涡流

Overview

图1D所示的三角翼,由于其在跨音和超音速飞行系统中的卓越性能,在高速飞机中是一种流行的设计。这种类型的机翼具有小纵横比和高扫描角度,减少了在高亚音速、跨音和超音速飞行系统下阻力。纵横比定义为翼展除以平均和弦。

三角洲翼的一个重要优势是其高失速角度。与高纵横比翼的失速相比,三角翼的失速延迟。这是因为三角翼的提升被机翼上的前沿涡旋增强。

观察这种涡流现象并研究三角洲翼中涡流分解的有效方法是在水隧道中可视化水流。通过在从前沿的染料端口将染料注入模型周围的流动中,可以观察到涡流的发展和分解,并测量其位置。数据还可用于估计失速角度。

图 1.典型的翼平面形状:A) 矩形,沿跨度恒和弦,B) 椭圆,C) 锥形,沿跨度可变和弦,D) 增量翼,一个带零锥比的后扫翼。

Procedure

1. 准备水隧道

  1. 获得三个 500 mL 容器,每个容器至少加满一半染料。应该有一个带有蓝色染料的容器,一个带有绿色染料,一个装有红色染料。浓度并不重要,因为染料流速将相应地调整。
  2. 在水隧道中安装三角翼。用螺钉将 C 柱支撑连接到水隧道,使偏航角度保持在零。参见图 3。
  3. 给水隧道加水。
  4. 放置一台摄像机以捕获翼子板的顶视图,放置第二个摄像机以捕获侧视图。

2. 在三角洲翼上可视化条纹

  1. 通过调整 C 支柱上的角度,将攻击角度设置为零。
  2. 将水隧道流量速度设置为 4 in/s,并允许流量稳定。
  3. 使用泵向染料储液罐提供压力。
  4. 观察染料的条纹,然后根据需要调整染料流速,以产生连续条纹。染料没有设定的流速。同时应用所有颜色。每种颜色都应用于机翼的不同区域,以可视化涡流相互作用。参见图 2。
  5. 按每台摄像机上的记录开始捕捉素材。观察涡流相互作用

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Results

通过实验,我们可以识别涡流分解,如图4所示。从机翼顶点到涡流分解的距离可以使用机翼中绘制的刻度进行测量(图 4B)。在实验中,机翼的攻击角度逐渐增大,并测量了涡流分解位置,lb,相对于机翼顶点。相对于机翼后缘的分解位置 x/c 与攻击角度绘制,如图 5 所示。当± = 10° 时,前缘涡流分解的时间平均位置位于增量翼的后缘。随着攻击角?...

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Application and Summary

通过在水隧道中使用流量可视化,确定了三角洲翼中不同角度攻击的涡流分解位置。水隧道中的流量可视化通过将染料注入流场的特定位置来执行。染料跟随流动,使我们能够观察流动条纹。此方法类似于风洞中使用的烟雾可视化技术。但是,使用多种不同染料颜色的能力使流结构和相互作用易于可视化。此方法的另一个优点是,它是一种低成本技术,提供流场的 3D 信息。

?...

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Concepts

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Observing Vortex Flow Over a Delta Wing in a Water Tunnel

5:37

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