流れ可視化手法によるデルタ翼上の流れ構造に関する実験的研究

この実験の全体的な目標は、可視化技術を使用してデルタ翼上の非定常渦流を観察し、前縁の渦ブレークダウン位置の振動の原因となるメカニズムを調査することです。この方法は、頂点ブレークダウン位置の前縁の振動など、円筒形デルタ翼の非定常流れ現象に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、大規模なグローバルリーディングエッジの渦流場と小規模な細胞下部構造を同時に示すことができることです。

実験のモデルから開始します。この実験では、モデルは長さ280ミリメートルのアルミニウム製デルタ翼です。モデルを閉ループで低速の風洞に取り付けるために取ります。

そのテストセクションには、実験のための光学アクセスを可能にするガラス壁があります。ここでは、デルタ翼が風洞に適切に取り付けられています。粒子画像流速測定中のデュアルパルス532ナノメートルレーザーと、煙の流れの可視化中の連続波532ナノメートルレーザーの2つのレーザーが流れ構造を照らすことができます。

この回路図は、連続レーザーを使用した光学セットアップに関する情報を提供します。凸レンズはレーザービームのサイズを制御します。シリンドリカルレンズは、ビームをシート状に拡大します。

ミラーはレーザーシートを風洞に反射します。適切なレーザーゴーグルを着用し、連続レーザーから始めます。安全のため、NDフィルターでビーム透過率を下げてください。

レーザー、フィルター、ミラーのみを所定の位置に設置して開始します。ミラーを調整して、ビームを風洞に導入します。ビームがモデルの長さの約 1/4 でモデルと交差し、前面の後ろにあることを確認します。

次に、凸レンズとシリンドリカルレンズを取り付けます。次に、モデルで、モデルと交差するレーザーラインを測定し、レーザーシートの厚さを確認します。必要に応じて凸レンズを調整します。

希望の厚さが得られたら、調整を停止します。デルタ翼にキャリブレーションターゲットプレートを、その表面がレーザーシートと一致するように配置します。レーザーをオフにした状態で、カメラのセットアップに進みます。

市販のデジタルカメラを使用して煙の流れを可視化し、手動で操作します。カメラを配置して目的のフィールドを取得します viewキャリブレーションターゲットプレートに焦点を合わせます。カメラの準備ができたら、キャリブレーションのためにいくつかのフレームを撮ります。

次に、キャリブレーションターゲットプレートを取り外します。風洞を低速でオンにし、オイル粒子を注入して均一に着座させます。煙の流れを視覚化するには、風洞を目的の速度までオンにします。

次に、フィルターなしで連続レーザーをオンにします。カメラで、フロー構造のスナップショットを 5 枚から 10 枚撮影します。画像を使用して、レーザーシートが前縁の渦コアの縦断面にあることを確認します。

この例の画像は、明確な渦コアと下部構造を示しており、レーザーシートが適切に配置されていることを示しています。必要に応じてカメラの設定を調整して画質を確保し、画像や動画を録画します。完了したら、空気の流れを止めてモデルに近づきます。

そこで、レーザーシートの位置をマークし、後で測定するための基準としてマークします。レーザーをオフにして、データをコンピューターに転送して終了します。この測定には、別のレーザーが必要です。

連続レーザーをパルスレーザーに交換します。レーザーをオンにした状態で、その経路を確認し、必要に応じて凸レンズを調整します。ビームが連続レーザーの位置を示す線に沿ってモデルと交差していることを確認します。

また、デジタルカメラを交換してください。その代わりに、高速度CCDカメラに代用します。シンクロナイザーとデュアルパルスレーザーでカメラを制御します。

次に、モデルに移動して、構造を観察できる領域を特定します。もう一度、その領域の翼にキャリブレーションターゲットプレートを置きます。キャリブレーションプレートに焦点を合わせ、いくつかの写真を撮ります。

続行する前にキャリブレーションプレートを取り外してください。PIV ソフトウェアを起動し、パラメータを設定します。希望の速度で風洞の流れを開始します。

レーザーを最高出力レベルに調整します。ソフトウェアを使用して、100秒間データ集録を開始します。取得した画像に問題がなければ、保存して他のケースを実行して続行します。

これは、煙の流れの視覚化から縦断面を加工した画像です。参考までに10mmスケールがあります。この図は、主要な前縁の渦コア、渦の下部構造を持つロールアップせん断層、渦の崩壊、および乱流の後流を示しています。

このビデオは、トランスファーの断面における前縁の渦ブレークダウン位置の振動を示しています。各瞬間の測定されたブレークダウン位置の分析は、強い反対称相互作用を示しています。これは、縦断面の無次元渦度を示す時間平均粒子画像速度測定結果です。

一次渦コアは、黒の点線でマークされた正と負の渦度の変曲線で識別できます。実線は、局所的な渦巻き強度がゼロより低い領域を取り囲み、せん断層の渦を示します。追加の下部構造は白い点線で囲まれています。

この時間平均化された粒子画像速度測定の渦度の結果は、スパン方向の断面積にあります。流れは前縁から分離し、せん断層を形成し、翼の両側の渦コアに転がります。せん断層の内側には静止した渦状下部構造があります。

このテクニックは、一度習得すれば、適切に実行すれば1時間で習得できます。このビデオを見れば、上記の流れ可視化技術を使用して、シリンダーデルタ翼の非定常流れ現象を観察する方法を十分に理解できるはずです。レーザーでの作業は非常に危険である可能性があるため、各実験を行う際にはレーザー保護ゴーグルを着用するなどの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。