Name: delta wing vortex flow in a water tunnel
Uploaded: 2023-04-30T07:04:04.000Z
Duration: 7 min 1 s
Channel: JoVE

1. تحضير نفق المياه
<ol>
	<li>احصل على ثلاث حاويات سعة 500 مل ، واملأ كل حاوية نصف ممتلئة على الأقل بالصبغة. يجب أن يكون هناك حاوية واحدة بها صبغة زرقاء وواحدة بصبغة خضراء وواحدة بصبغة حمراء. التركيز ليس مهما لأنه سيتم تعديل معدل تدفق الصبغة وفقا لذلك.</li>
	<li>قم بتثبيت جناح دلتا على دعمه في نفق المياه. قم بتوصيل دعامة الدعامة C بنفق المياه بمسامير ، مع الحفاظ على زاوية الانعراج عند الصفر. انظر الشكل 3.</li>
	<li>املأ نفق المياه بالماء.</li>
	<li>ضع كاميرا واحدة لالتقاط منظر علوي للجناح، وكاميرا ثانية لالتقاط المنظر الجانبي.</li>
</ol>
2. تصور خطوط الخطوط على جناح دلتا
<ol>
	<li>اضبط زاوية الهجوم على الصفر عن طريق ضبط الزاوية على الدعامة C.</li>
	<li>اضبط سرعة تدفق نفق المياه على 4 بوصات / ثانية ، واترك التدفق يستقر</li>
	<li>إمداد خزانات الصبغة بالضغط باستخدام المضخة.</li>
	<li>راقب خطوط الصبغة ، ثم اضبط معدل تدفق الصبغة حسب الحاجة للحصول على خط مستمر. لا يوجد معدل تدفق محدد للصبغة. قم بتطبيق جميع الألوان في نفس الوقت. يتم تطبيق كل لون على منطقة مختلفة من الجناح لتصور تفاعلات الدوامة. انظر الشكل 2.</li>
	<li>اضغط على التسجيل على كل كاميرا لبدء التقاط اللقطات. راقب تفاعلات الدوامة وحدد لفة الدوامة ونواة الدوامة الأولية.</li>
	<li>سجل ما لا يقل عن 10 ثوان من الدوامة.</li>
	<li>قم بزيادة زاوية الهجوم إلى 5 درجات ، وانتظر حتى يستقر التدفق والخطوط ، وسجل الدوامات لمدة 10 ثوان.</li>
	<li>كرر التجربة عن طريق زيادة زاوية الهجوم بزيادات 5 درجات من 0 إلى 55 درجة.</li>
	<li>إذا أصبح الماء عكرا جدا ، مما يتسبب في ظهور الخطوط الباهتة ، أغلق مصدر الصبغة ، وأوقف النفق واستبدله بالمياه العذبة قبل المتابعة.</li>
	<li>عند إجراء جميع التجارب ، قم بإيقاف تشغيل الكاميرات وأغلق مصدر الصبغة.</li>
	<li>أغلق النفق ، واستنزف المياه من الخزان ، واغسل أي بقايا صبغة من جدران النفق.</li>
</ol>
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
تعتبر أجنحة الطائرة وتصميمها ضرورية لتحديد خصائص أداء الطائرة. يعد جناح دلتا تصميما شائعا في الطائرات عالية السرعة نظرا لأدائه الممتاز في أنظمة الطيران عبر الصوت والأسرع من الصوت.
يحتوي جناح دلتا على نسبة عرض إلى ارتفاع صغيرة ، والتي يتم تعريفها على أنها جناحيها مقسوما على متوسط طول السلك. بالنسبة لجناح دلتا ، هذا هو 1/2 طول سلك الجذر. تصميمات الأجنحة الشائعة الأخرى ، مثل الجناح المستطيل والجناح المدبب ، لها نسب عرض إلى ارتفاع أعلى.
يحتوي جناح دلتا أيضا على زاوية اكتساح عالية ، والتي يتم تعريفها على أنها الزاوية بين خط الوتر 25٪ والمحور الجانبي. تقلل خصائص الجناح هذه من السحب عند أنظمة الطيران المرتفعة دون سرعة الصوت وعبر الصوت والأسرع من الصوت. الأهم من ذلك ، أن جناح دلتا لديه زاوية توقف عالية مقارنة بالأجنحة ذات نسبة العرض إلى الارتفاع العالية.
في الديناميكا الهوائية ، زاوية المماطلة هي النقطة التي تكون فيها زاوية الهجوم عالية جدا ، مما يؤدي إلى انخفاض الرفع. ترجع زاوية المماطلة العالية لجناح دلتا إلى الرفع المعزز بواسطة دوامة رائدة فوق الجناح ، تسمى رفع الدوامة. يحدث رفع الدوامة عندما يتعرض جناح دلتا لزوايا هجوم أعلى ، مما يؤدي إلى حدوث فصل التدفق عند الحافة الأمامية للجناح ، بدلا من حدوثه في اتجاه مجرى النهر بالقرب من الحافة الخلفية ، كما هو الحال بالنسبة للجناح المستطيل.
يؤدي لف الدوامات الرائدة إلى انخفاض الضغط على السطح العلوي للجناح. فرق الضغط هذا يعزز الرفع. تبدأ هذه الدوامات من قمة الجناح وتتقدم في اتجاه مجرى النهر. في مرحلة ما ، انفجرت ، تسمى انهيار الدوامة ، بسبب تدرج الضغط السلبي العالي.
بمجرد حدوث انهيار الدوامة ، لا يمكن للدوامة أن تحفز ضغطا منخفضا بعد الآن. في زوايا الهجوم المنخفضة ، يحدث انهيار الدوامة في اتجاه مجرى الحافة الخلفية. ومع ذلك ، مع زيادة زاوية الهجوم ، يتحرك موقع انهيار الدوامة في اتجاه المنبع حتى النقطة التي يحدث فيها الانهيار على معظم سطح الجناح. هذا يقلل من الرفع ويؤدي إلى توقف الجناح.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
في هذه التجربة ، سنستخدم نفقا مائيا به صبغة لتصور أنماط الدوامة هذه على نموذج جناح دلتا وتتبع موقع انهيار الدوامة في زوايا هجوم مختلفة.
لإجراء هذه التجربة ، ستحتاج إلى الوصول إلى نفق مائي. أولا ، احصل على ثلاث حاويات سعة 500 مل واملأ كل منها نصفها على الأقل بالصبغة. استخدم حاوية واحدة للصبغة الزرقاء ، وأخرى للصبغة الخضراء ، والأخيرة للصبغة الحمراء.
يحتوي نموذج جناح دلتا المستخدم في تجربتنا على أنابيب متصلة بالفعل بحاويات الصبغة الثلاثة. كما أن لديها ثلاثة صنابير حقن صبغة ، والتي ستشتت صبغة ملونة مختلفة في ثلاث مناطق مختلفة من الجناح. يتم تمييز قياسات المسافة على الجناح باستخدام علامات علامة 1 سم. يجب أن يكون جناح دلتا متصلا بالفعل بدعامة C. قم بتوصيله بالنفق بمسامير ، مع الحفاظ على زاوية الانعراج قريبة من 0 قدر الإمكان.
بمجرد وضع جناح الدلتا في مكانه ، املأ نفق المياه بالماء. تأكد من إرفاق ورقة بها علامات اختيار لتوفير مرجع للمنظر الجانبي. بعد ذلك، ضع الكاميرا لالتقاط المنظر العلوي للجناح. ضع كاميرا ثانية لالتقاط المنظر الجانبي. اضغط الآن على "تسجيل" على كل كاميرا لالتقاط لقطات من حقن الصبغة والدوامات اللاحقة.
اضبط زاوية الهجوم يدويا على 0 عن طريق ضبط الزاوية على الدعامة C. ثم اضبط سرعة تدفق نفق المياه على 4 بوصات / ثانية. بمجرد استقرار التدفق ، قم بتزويد خزانات الصبغة بالضغط باستخدام المضخة اليدوية.
راقب خطوط الصبغة ، ثم اضبط معدل تدفق الصبغة باستخدام المقابض الثلاثة لتوليد خط مستمر. يتيح لنا تطبيق الألوان الثلاثة في وقت واحد عرض تفاعلات الدوامة في مناطق مختلفة من الجناح. راقب تفاعلات الدوامة وحدد الدوامة التي تلتف ونواة الدوامة الأولية.
بعد تسجيل 10 ثوان على الأقل من الدوامة ، قم بتغيير زاوية الهجوم إلى خمس درجات. انتظر حتى تستقر خطوط التدفق والخطوط وتسجل الدوامات لمدة 10 ثوان على الأقل.
كرر القياس عن طريق زيادة زاوية الهجوم بزيادات قدرها 5 درجات تصل إلى 55 درجة. سجل ما لا يقل عن 10 ثوان من نمط الدوامة الخطية في كل مرة.
إذا أصبح الماء عكرا جدا ، مما تسبب في ظهور خطوط الخطوط الباهتة ، أغلق مصدر الصبغة وأغلق النفق. صفي الماء واستبدله بالماء العذب قبل المتابعة.
عند الانتهاء من جميع التجارب ، قم بإيقاف تشغيل الكاميرا وأغلق مصدر الصبغة. ثم أغلق النفق واستنزاف الماء. تأكد من غسل الصبغة من النفق عند الانتهاء.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
من التجربة ، يمكننا تحديد أعطال الدوامة في زوايا هجوم مختلفة. يتم قياس المسافة من قمة الجناح إلى انهيار الدوامة ، المسمى LB ، كما هو موضح. من أجل البساطة ، نشير إلى هذه المسافة كنسبة مئوية من طول الوتر من الحافة الخلفية.
الآن دعونا نلقي نظرة على المسافة من الحافة الخلفية إلى انهيار الدوامة لكل زاوية هجوم. كما هو موضح هنا ، يتحرك موقع انهيار الدوامة تدريجيا في اتجاه المنبع مع زيادة زاوية الهجوم. عندما تساوي زاوية الهجوم 40 درجة ، يحدث انهيار الدوامة عند 96٪ من موقع الوتر من الحافة الخلفية. بمعنى آخر ، تقريبا حتى قمة الجناح. في هذا الموقف ، يواجه جناح دلتا كشكا كاملا. بمعنى آخر ، فإنه يعاني من خسارة كاملة في الرفع.
باختصار ، تعلمنا كيف تساهم نسبة العرض إلى الارتفاع المنخفضة وزاوية الاجتياح العالية لجناح دلتا في رفع الدوامة وتأخر المماطلة. ثم لاحظنا ظاهرة تدفق الدوامة على جناح دلتا نموذجي في نفق مائي ، واستخدمنا انهيار الدوامة لتقدير زاوية المماطلة.
</div>

باستخدام تصور التدفق في نفق مائي ، تم تحديد مواقع انهيار الدوامة لزاوية مختلفة من الهجمات في جناح دلتا. يتم إجراء تصور التدفق في نفق المياه عن طريق حقن الصبغة في مواقع محددة من مجال التدفق. تتبع الصبغة التدفق ، مما يمكننا من مراقبة خطوط التدفق. تشبه هذه الطريقة تقنية تصور الدخان المستخدمة في نفق الرياح. ومع ذلك ، فإن القدرة على استخدام ألوان صبغ مختلفة متعددة سمحت بتصور سهل لهياكل التدفق والتفاعلات. ميزة أخرى لهذه الطريقة هي أنها تقنية منخفضة التكلفة توفر معلومات ثلاثية الأبعاد لمجال التدفق.
ح...

تصور التدفق في نفق مائي: مراقبة الدوامة الرائدة فوق جناح دلتا

Flow Visualization in a Water Tunnel: Observing the Leading-edge Vortex Over a Delta Wing

المصدر: خوسيه روبرتو موريتو ، غوستاف جاكوبس وشياوفنغ ليو ، قسم هندسة الطيران ، جامعة ولاية سان دييغو ، سان دييغو ، كاليفورنيا 
جناح دلتا ، الموضح في الشكل 1D ، هو تصميم شائع في الطائرات عالية السرعة نظرا لأدائه الرائع في أنظمة الطيران عبر الصوت والأسرع من الصوت. يحتوي هذا النوع من الأجنحة على نسبة عرض إلى ارتفاع صغيرة وزاوية اكتساح عالية ، مما يقلل من السحب عند أنظمة الطيران المرتفعة دون سرعة الصوت وعبر الصوت والأسرع من الصوت. يتم تعريف نسبة العرض إلى الارتفاع على أنها امتداد الجناح مقسوما على متوسط الوتر <img align="middle" src="/files/ftp_upload/10459/10459eq1a.jpg">. 
ميزة مهمة لجناح دلتا هي زاوية المماطلة العالية. يتأخر كشك جناح دلتا مقارنة بالمماطلة لجناح نسبة العرض إلى الارتفاع العالية. وذلك لأن رفع جناح دلتا يتم تعزيزه من خلال الدوامة الرائدة فوق الجناح. 
تتمثل إحدى الطرق الفعالة لمراقبة ظاهرة تدفق الدوامة هذه ودراسة انهيار الدوامة في جناح دلتا في تصور التدفق في نفق مائي. عن طريق حقن الصبغة في التدفق المحيط بنموذج من منافذ الصبغة على الحافة الأمامية ، يمكن ملاحظة تطور الدوامة وانهياجها وقياس موضعها. يمكن أيضا استخدام البيانات لتقدير زاوية المماطلة. 
<img src="/files/ftp_upload/10459/10459fig1.jpg">
الشكل 1. أشكال مخطط الجناح النموذجية: أ) مستطيل ، مع وتر ثابت على طول الامتداد ، ب) بيضاوي الشكل ، ج) مدبب ، مع وتر متغير على طول الامتداد ، و د) جناح دلتا ، جناح مكتفظ في الخلف بنسبة تفتق صفرية.

من التجربة ، يمكننا تحديد انهيار الدوامة ، كما هو موضح في الشكل 4. يمكن قياس المسافة من قمة الجناح إلى انهيار الدوامة باستخدام المقياس المرسوم في الجناح (الشكل 4 ب). خلال التجربة ، تم زيادة زاوية هجوم الجناح بشكل تدريجي ، وتم قياس موقع انهيار الدوامة ، l b ، فيما يتعلق بقمة الجناح. تم رسم موقع الانهيار ، x / c ، فيما يتعلق بالحافة الخلفية للجناح مقابل زاوية الهجوم ، كما هو موضح في الشكل 5. عندما يكون α ≈ 10 درجات ، يقع الموضع المتوسط الزمني لانهيار الدوامة ...

Source: Jose Roberto Moreto, Gustaaf Jacobs and Xiaofeng Liu, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
The ...

تعتبر أجنحة الطائرة وتصميمها ضرورية لتحديد خصائص أداء الطائرة. يعد جناح دلتا تصميما شائعا في الطائرات عالية السرعة نظرا لأدائه الممتاز في أنظمة الطيران عبر الصوت والأسرع من الصوت. يحتوي جناح دلتا على نسبة عرض إلى ارتفاع صغيرة ، والتي يتم تعريفها على أنها جناحيها مقسوما على متوسط طول السلك. بالنسبة لجناح دلتا ، هذا هو 1/2 طول سلك الجذر. تصميمات الأجنحة الشائعة الأخرى ، مثل الجناح المستطيل والجناح المدبب ، لها نسب عرض إلى ارتفاع أعلى. يحتوي جناح دلتا أيضا على زاوية اكتساح عالية ، والتي يتم تعريفها على أنها الزاوية بين خط الوتر 25٪ والمحور الجانبي. تقلل خصائص الجناح هذه من السحب عند أنظمة الطيران المرتفعة دون سرعة الصوت وعبر الصوت والأسرع من الصوت. الأهم من ذلك ، أن جناح دلتا لديه زاوية توقف عالية مقارنة بالأجنحة ذات نسبة العرض إلى الارتفاع العالية. في الديناميكا الهوائية ، زاوية المماطلة هي النقطة التي تكون فيها زاوية الهجوم عالية جدا ، مما يؤدي إلى انخفاض الرفع. ترجع زاوية المماطلة العالية لجناح دلتا إلى الرفع المعزز بواسطة دوامة رائدة فوق الجناح ، تسمى رفع الدوامة. يحدث رفع الدوامة عندما يتعرض جناح دلتا لزوايا هجوم أعلى ، مما يؤدي إلى حدوث فصل التدفق عند الحافة الأمامية للجناح ، بدلا من حدوثه في اتجاه مجرى النهر بالقرب من الحافة الخلفية ، كما هو الحال بالنسبة للجناح المستطيل. يؤدي لف الدوامات الرائدة إلى انخفاض الضغط على السطح العلوي للجناح. فرق الضغط هذا يعزز الرفع. تبدأ هذه الدوامات من قمة الجناح وتتقدم في اتجاه مجرى النهر. في مرحلة ما ، انفجرت ، تسمى انهيار الدوامة ، بسبب تدرج الضغط السلبي العالي. بمجرد حدوث انهيار الدوامة ، لا يمكن للدوامة أن تحفز ضغطا منخفضا بعد الآن. في زوايا الهجوم المنخفضة ، يحدث انهيار الدوامة في اتجاه مجرى الحافة الخلفية. ومع ذلك ، مع زيادة زاوية الهجوم ، يتحرك موقع انهيار الدوامة في اتجاه المنبع حتى النقطة التي يحدث فيها الانهيار على معظم سطح الجناح. هذا يقلل من الرفع ويؤدي إلى توقف الجناح. في هذه التجربة ، سنستخدم نفقا مائيا به صبغة لتصور أنماط الدوامة هذه على نموذج جناح دلتا وتتبع موقع انهيار الدوامة في زوايا هجوم مختلفة. لإجراء هذه التجربة ، ستحتاج إلى الوصول إلى نفق مائي. أولا ، احصل على ثلاث حاويات سعة 500 مل واملأ كل منها نصفها على الأقل بالصبغة. استخدم حاوية واحدة للصبغة الزرقاء ، وأخرى للصبغة الخضراء ، والأخيرة للصبغة الحمراء. يحتوي نموذج جناح دلتا المستخدم في تجربتنا على أنابيب متصلة بالفعل بحاويات الصبغة الثلاثة. كما أن لديها ثلاثة صنابير حقن صبغة ، والتي ستشتت صبغة ملونة مختلفة في ثلاث مناطق مختلفة من الجناح. يتم تمييز قياسات المسافة على الجناح باستخدام علامات علامة 1 سم. يجب أن يكون جناح دلتا متصلا بالفعل بدعامة C. قم بتوصيله بالنفق بمسامير ، مع الحفاظ على زاوية الانعراج قريبة من 0 قدر الإمكان. بمجرد وضع جناح الدلتا في مكانه ، املأ نفق المياه بالماء. تأكد من إرفاق ورقة بها علامات اختيار لتوفير مرجع للمنظر الجانبي. بعد ذلك، ضع الكاميرا لالتقاط المنظر العلوي للجناح. ضع كاميرا ثانية لالتقاط المنظر الجانبي. اضغط الآن على "تسجيل" على كل كاميرا لالتقاط لقطات من حقن الصبغة والدوامات اللاحقة. اضبط زاوية الهجوم يدويا على 0 عن طريق ضبط الزاوية على الدعامة C. ثم اضبط سرعة تدفق نفق المياه على 4 بوصات / ثانية. بمجرد استقرار التدفق ، قم بتزويد خزانات الصبغة بالضغط باستخدام المضخة اليدوية. راقب خطوط الصبغة ، ثم اضبط معدل تدفق الصبغة باستخدام المقابض الثلاثة لتوليد خط مستمر. يتيح لنا تطبيق الألوان الثلاثة في وقت واحد عرض تفاعلات الدوامة في مناطق مختلفة من الجناح. راقب تفاعلات الدوامة وحدد الدوامة التي تلتف ونواة الدوامة الأولية. بعد تسجيل 10 ثوان على الأقل من الدوامة ، قم بتغيير زاوية الهجوم إلى خمس درجات. انتظر حتى تستقر خطوط التدفق والخطوط وتسجل الدوامات لمدة 10 ثوان على الأقل. كرر القياس عن طريق زيادة زاوية الهجوم في 5؟ زيادات تصل إلى 55؟. سجل ما لا يقل عن 10 ثوان من نمط الدوامة الخطية في كل مرة. إذا أصبح الماء عكرا جدا ، مما تسبب في ظهور خطوط الخطوط الباهتة ، أغلق مصدر الصبغة وأغلق النفق. صفي الماء واستبدله بالماء العذب قبل المتابعة. عند الانتهاء من جميع التجارب ، قم بإيقاف تشغيل الكاميرا وأغلق مصدر الصبغة. ثم أغلق النفق واستنزاف الماء. تأكد من غسل الصبغة من النفق عند الانتهاء. من التجربة ، يمكننا تحديد أعطال الدوامة في زوايا هجوم مختلفة. يتم قياس المسافة من قمة الجناح إلى انهيار الدوامة ، المسمى LB ، كما هو موضح. من أجل البساطة ، نشير إلى هذه المسافة كنسبة مئوية من طول الوتر من الحافة الخلفية. الآن دعونا نلقي نظرة على المسافة من الحافة الخلفية إلى انهيار الدوامة لكل زاوية هجوم. كما هو موضح هنا ، يتحرك موقع انهيار الدوامة تدريجيا في اتجاه المنبع مع زيادة زاوية الهجوم. عندما تساوي زاوية الهجوم 40؟، يحدث انهيار الدوامة عند 96٪ من موقع الوتر من الحافة الخلفية. بمعنى آخر ، تقريبا حتى قمة الجناح. في هذا الموقف ، يواجه جناح دلتا كشكا كاملا. بمعنى آخر ، فإنه يعاني من خسارة كاملة في الرفع. باختصار ، تعلمنا كيف تساهم نسبة العرض إلى الارتفاع المنخفضة وزاوية الاجتياح العالية لجناح دلتا في رفع الدوامة وتأخر المماطلة. ثم لاحظنا ظاهرة تدفق الدوامة على جناح دلتا نموذجي في نفق مائي ، واستخدمنا انهيار الدوامة لتقدير زاوية المماطلة.

flow-visualization-water-tunnel-observing-leading-edge-vortex-over

Education

JoVE Science Education

Engineering

الهندسة

Aeronautical Engineering

هندسة الطيران

delta wing vortex flow in a water tunnel

Delta wing vortex flow can be studied with a water tunnel and dye visualization. A delta wing is a common wing shape for high-speed airplanes because it performs well in transonic and supersonic flight. It has a small aspect ratio, which means the wing span is short compared with the average chord, and a high sweep angle. These features help reduce drag at high subsonic, transonic, and supersonic speeds.

A delta wing also has a high stall angle. Stall happens later than it does for a high aspect ratio wing, and that delay is linked to the leading-edge vortex over the wing. This vortex helps increase lift. By injecting dye from ports on the leading edge, the flow around a model can be seen as the vortex develops and breaks down.

Water tunnel flow visualization makes it possible to observe the vortex breakdown on a delta wing and measure its position. The same data can also be used to estimate the stall angle. The study also connects the delta wing to other wing planforms, including rectangular, elliptical, and tapered wings. In a delta wing, the wing is aft-swept and has zero taper ratio.

Delta Wing Vortex Flow in a Water Tunnel

aerodynamic performance of a model aircraft: the dc-6b

aerodynamic-performance-of-a-model-aircraft-the-dc-6b

Wind Tunnel Testing of a DC-6B Model

A low-speed wind tunnel can be used to study the aerodynamics of a DC-6B model aircraft. It helps measure how the airplane performs and how stable it is in flight. This type of testing is useful for understanding aircraft behavior under controlled airflow. The model used here has a removable tail and a 6-component external aerodynamic force balance. That setup lets researchers measure lift coefficient (CL), drag coefficient (CD), pitching moment coefficient (CM), and yaw moment coefficient...

propeller characterization: variations in pitch, diameter, and blade number on performance

propeller-characterization-variations-pitch-diameter-blade-number-on

Propeller Slip and Blade Design Effects

Propellers are twisted airfoils used to move aircraft and watercraft. The chord angle changes along the radial station of the propeller, which affects how the blade pushes air. Because propellers are important in propulsion systems, engineers study them to help design high-performance vehicles. A key propeller feature is pitch, or twist. Pitch is usually measured as a length and describes the theoretical distance a propeller would move through the air in one full revolution. In real...

airfoil behavior: pressure distribution over a clark y-14 wing

airfoil-behavior-pressure-distribution-over-a-clark-y-14-wing

Measuring Lift with a Clark Y-14 Airfoil

A Clark Y-14 airfoil is used to measure pressure distribution and estimate lift. An airfoil is a 2-dimensional wing section that helps show key wing performance features. In this demonstration, the pressure distribution around the airfoil is measured with a wind tunnel. Pressure distribution is closely related to the lift generated by an airfoil. The Clark Y-14 model used here has a thickness of 14% and a flat lower surface from 30% of the chord length to the back. The model also includes 19...

clark y-14 wing performance: deployment of high-lift devices (flaps and slats)

clark-y-14-wing-performance-deployment-high-lift-devices-flaps

Wing Lift Control with Flaps and Slats

The Clark Y-14 wing shows how flaps and slats can change airplane lift during takeoff and landing. A wing is the main part of an airplane that generates lift, and high-lift devices help improve its performance when extra lift is needed. Flaps are located on the trailing edge of the wing. Slats are located on the leading edge. In this experiment, both devices are added to a Clark Y-14 wing so their aerodynamic effects can be studied in a wind tunnel. The wind tunnel creates set airspeeds for...

turbulence sphere method: evaluating wind tunnel flow quality

turbulence-sphere-method-evaluating-wind-tunnel-flow-quality

Measuring Wind Tunnel Turbulence with a Sphere

Wind tunnel turbulence can be measured with a smooth sphere as a test model. Wind tunnel tests help engineers design vehicles and structures that will face airflow during use. The air flows are applied in a controlled way, and the model is usually a smaller version of the full-sized object. For low-speed wind tunnel tests, the flow around the model must match the flow around the real object as closely as possible. This is called dynamic similarity, and it depends on the Reynolds number. The...

cross cylindrical flow: measuring pressure distribution and estimating drag coefficients

cross-cylindrical-flow-measuring-pressure-distribution-estimating

Cylinder Flow in a Wind Tunnel: Pressure Drag

Cylinder flow in a wind tunnel shows how pressure changes around a circular object and how those changes relate to drag. The lesson focuses on cross cylindrical flow, where air moves across a cylinder and the pressure on its surface is measured. It also compares real fluid behavior with the simpler results predicted by ideal inviscid potential flow theory. For an ideal fluid, the pressure around a cylinder is vertically symmetric. The pressure upstream and downstream of the cylinder is also...

nozzle analysis: variations in mach number and pressure along a converging and a converging-diverging nozzle

nozzle-analysis-variations-mach-number-pressure-along-converging

Nozzle Flow Regimes in Converging Nozzles

Nozzle flow changes as the nozzle cross-section changes. A nozzle can accelerate or slow a fluid by shaping the flow path. In aerospace propulsion, nozzles are widely used to help produce thrust. In rockets, propellant leaves the chamber and passes through a nozzle. The nozzle speeds up the propellant and creates a reaction force that moves the system forward. In jet engines, a nozzle converts energy from a high-pressure source into kinetic energy in the exhaust. The flow in a nozzle is...

schlieren imaging: a technique to visualize supersonic flow features

schlieren-imaging-a-technique-to-visualize-supersonic-flow-features

Supersonic Shock Waves with Schlieren Imaging

Schlieren imaging is used to show shock waves and compression waves in supersonic flow. It helps make air motion visible when the flow becomes compressible. In this demonstration, a Mach 2.0 flow over a cone is examined with a Schlieren system. Military jet fighters and projectiles can travel faster than the speed of sound. The speed of sound is the rate at which a sound wave moves through a medium, and it is 343 m/s. Mach number compares an object’s speed to the speed of sound. An object at...

flow visualization in a water tunnel: observing the leading-edge vortex over a delta wing

Delta wing vortex flow can be studied with a water tunnel and dye visualization. A delta wing is a common wing shape for high-speed airplanes because it performs well in transonic and supersonic flight. It has a small aspect ratio, which means the wing span is short compared with the average chord, and a high sweep angle. These features help reduce drag at high subsonic, transonic, and supersonic speeds. A delta wing also has a high stall angle. Stall happens later than it does for a high...

surface dye flow visualization: a qualitative method to observe streakline patterns in supersonic flow

surface-dye-flow-visualization-qualitative-method-to-observe

Supersonic Surface Flow Patterns with Dye

Supersonic surface flow patterns can be studied with dye flow visualization. This method uses dye on the surface of a body to show how gas moves across it. The resulting streakline patterns help reveal flow paths and surface behavior. Flow visualization is a key tool in aerodynamics research. It helps researchers study flow structure and check ideas about fluid motion. Visualization methods are often grouped into off-the-surface and surface flow techniques. Off-the-surface methods look at the...

pitot-static tube: a device to measure air flow speed

pitot-static-tube-a-device-to-measure-air-flow-speed

Measuring Airspeed with Pressure Differences

A Pitot-static tube measures airspeed by comparing air pressure differences. It is widely used to find unknown speeds in airflow, including airplane airspeed. The method relies on Bernoulli's principle, which links changes in pressure to changes in airflow speed. The tube senses stagnation pressure and static pressure. Stagnation pressure is the pressure where the air is brought to rest, and static pressure is the pressure of the moving air around it. The tube connects to a manometer or a...

constant temperature anemometry: a tool to study turbulent boundary layer flow

constant-temperature-anemometry-tool-to-study-turbulent-boundary

Measuring Skin Friction in a Turbulent Boundary Layer

A turbulent boundary layer forms near a solid surface when fluid flow becomes irregular and mixed. In this region, viscous effects and viscous shear stress dominate because friction between the fluid and the surface slows the flow. Outside the boundary layer, the flow is inviscid, which means friction, thermal conduction, and mass diffusion do not create dissipative effects. The boundary layer idea, first introduced by Ludwig Prandtl in 1904, helps simplify the Navier-Stokes equation for flow...

pressure transducer: calibration using a pitot-static tube

pressure-transducer-calibration-using-a-pitot-static-tube

Pitot-Static Pressure Measurement Calibration

Pitot-static pressure measurement calibration uses a wind tunnel, a manometer, and a pressure transducer to link flow pressure to an electrical signal. Fluid pressure is an important flow property for understanding the aerodynamics of a system. In this setup, a pitot-static probe measures stagnation and static pressure during subsonic flow. A U-tube manometer is one of the oldest pressure measurement systems still used today. It is a U-shaped glass tube partly filled with liquid. Because it...

real-time flight control: embedded sensor calibration and data acquisition

real-time-flight-control-embedded-sensor-calibration-data

Autopilot Sensors for UAV Flight Control

Autopilot flight control depends on onboard sensors that measure an aircraft’s orientation, angular velocity, and airspeed. These measurements let the system stabilize the aircraft and help it follow a flight plan from takeoff through landing. The same kind of sensor data is used in many aircraft, including large fixed-wing transport planes and small multirotor helicopters such as quadcopters with four thruster units. When inertial position and velocity are captured with a sensor such as the...

multicopter aerodynamics: characterizing thrust on a hexacopter

multicopter-aerodynamics-characterizing-thrust-on-a-hexacopter

Hexacopter Thrust Testing in a Wind Tunnel

Hexacopter thrust testing shows how a six-rotor drone produces lift and drag. Multicopters are popular for hobby and commercial use. They are commonly built as quadcopters, hexacopters, or octocopters, depending on whether they use four, six, or eight thrusters. This study uses a small modular hexacopter platform with propulsion unit redundancy. Redundancy means the vehicle has backup capability if one motor fails. The team first measured static motor thrust with a dynamometer while changing...

aeronautical engineering

This collection introduces fundamental concepts in aeronautical engineering with a focus on methods to evaluate aerodynamic performance, techniques to visualize subsonic and supersonic flow patterns, and procedures to calibrate measurement systems for real-time flight control.

See how dye in a water tunnel reveals the leading-edge vortex on a delta wing, why this wing shape reduces drag, and how stall angle can be estimated.

Delta Wing Vortex Flow in a Water Tunnel

Description

Transcript