Eksperymentalne badanie struktury przepływu nad skrzydłem delta za pomocą metod wizualizacji przepływu

Ogólnym celem tego eksperymentu jest obserwacja niestabilnych przepływów wirowych nad skrzydłem delta za pomocą technik wizualizacji oraz zbadanie mechanizmu odpowiedzialnego za oscylacje miejsc załamania wirów na krawędzi natarcia. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące zjawiska nieustalonego przepływu w skrzydle delta cylindra, takie jak oscylacja krawędzi natarcia lub lokalizacja przebicia wierzchołka. Główną zaletą tej techniki jest to, że wielkoskalowe globalne pole przepływu wirowego krawędzi natarcia i podstruktury komórkowe w małej skali mogą być ilustrowane jednocześnie.

Zacznij od modelu eksperymentu. W tym eksperymencie modelem jest aluminiowe skrzydło delta o długości 280 milimetrów. Weź model do montażu w tunelu aerodynamicznym, który jest zamknięty w pętli i ma niską prędkość.

Jego sekcja testowa ma szklane ścianki, aby umożliwić dostęp optyczny do eksperymentu. W tym przypadku skrzydło delta zostało prawidłowo zamontowane w tunelu aerodynamicznym. Dwa lasery mogą oświetlać struktury przepływu, laser o dwóch impulsach 532 nanometrach podczas pomiaru prędkości obrazu cząstek lub laser o długości fali ciągłej o długości fali 532 nanometrów podczas wizualizacji przepływu dymu.

Ten schemat zawiera informacje na temat konfiguracji optycznej z laserem ciągłym. Wypukła soczewka kontroluje rozmiar wiązki laserowej. Soczewka cylindryczna rozszerza wiązkę do arkusza.

Lustro odbija arkusz laserowy do tunelu aerodynamicznego. Załóż odpowiednie gogle laserowe i zacznij od lasera ciągłego. Ze względów bezpieczeństwa zmniejsz przepuszczalność wiązki za pomocą filtra o neutralnej gęstości.

Zacznij od zainstalowania tylko lasera, filtra i lustra. Wyreguluj lusterko, aby wprowadzić wiązkę do tunelu aerodynamicznego. Upewnij się, że belka przecina model w około 1/4 długości modelu za jego przodem.

Następnie zainstaluj soczewkę wypukłą i soczewkę cylindryczną. Następnie przy modelu zmierz przecinającą go linię lasera, aby sprawdzić grubość blachy laserowej. W razie potrzeby wyreguluj wypukłą soczewkę.

Przerwij regulację, gdy uzyskana zostanie żądana grubość. Umieścić tarczę kalibracyjną na skrzydle delta, tak aby jej powierzchnia pokrywała się z arkuszem laserowym. Gdy laser jest wyłączony, przejdź do konfiguracji kamery.

Użyj komercyjnej kamery cyfrowej do wizualizacji przepływu dymu i obsługuj ją ręcznie. Ustaw kamerę, aby uzyskać żądane pole view i ustaw ostrość ją na płycie celowniczej kalibracji. Gdy aparat będzie gotowy, zrób kilka klatek w celu kalibracji.

Następnie wyjmij płytkę wzorcową kalibracji. Włącz tunel aerodynamiczny z niską prędkością i wstrzyknij cząsteczki oleju, aby równomiernie go osadzić. Aby zobrazować przepływ dymu, włącz tunel aerodynamiczny do żądanej prędkości.

Następnie włącz laser ciągły bez filtra. W aparacie uchwyć od pięciu do 10 migawek struktury przepływu. Użyj obrazów, aby sprawdzić, czy arkusz laserowy znajduje się w przekroju podłużnym rdzenia wirów krawędzi natarcia.

Ten przykładowy obraz przedstawia wyraźny rdzeń wirowy i podstruktury, co wskazuje na dobrze umieszczony arkusz laserowy. Dostosuj ustawienia aparatu zgodnie z potrzebami w celu uzyskania jakości obrazu oraz nagrywaj obrazy i wideo. Po zakończeniu odetnij dopływ powietrza i podejdź do modelu.

Tam zaznacz pozycję arkusza laserowego jako odniesienie do późniejszych pomiarów. Zakończ wyłączając laser i przesyłając dane do komputera. Ten pomiar wymaga innego lasera.

Zastąp laser ciągły laserem impulsowym. Przy włączonym laserze sprawdź jego ścieżkę i, jeśli to konieczne, wyreguluj wypukłą soczewkę. Upewnij się, że wiązka przecina model wzdłuż linii wyznaczającej położenie lasera ciągłego.

Wymień także aparat cyfrowy. W jego miejsce zastąp szybką kamerę CCD. Steruj kamerą za pomocą synchronizatora i lasera dwuimpulsowego.

Teraz przejdź do modelu i zidentyfikuj obszar, w którym można obserwować konstrukcje. Ponownie umieść tarczę kalibracyjną na skrzydle w tym obszarze. Skoncentruj się na płytce kalibracyjnej i zrób kilka zdjęć.

Wyjmij płytkę kalibracyjną przed kontynuowaniem. Uruchom oprogramowanie PIV i ustaw parametry. Rozpocznij przepływ w tunelu aerodynamicznym z żądaną prędkością.

Dostosuj laser do najwyższego poziomu mocy. Użyj oprogramowania, aby rozpocząć akwizycję danych na 100 sekund. Jeśli uzyskane obrazy są akceptowalne, zapisz je i kontynuuj, uruchamiając inne przypadki.

Jest to przetworzony obraz przekroju podłużnego z wizualizacji przepływu dymu. W celach informacyjnych dostępna jest skala 10 milimetrów. Na zdjęciu widoczne jest pierwotne jądro wiru na krawędzi natarcia, zwijająca się warstwa ścinająca z wirowymi podstrukturami, załamanie wiru i turbulentny ślad węglowy.

Ten film pokazuje oscylacje miejsc załamania wiru krawędzi natarcia w przekrojach poprzecznych transferu. Analiza zmierzonych miejsc załamania dla każdej chwili wskazuje na silną interakcję antysymetryczną. Jest to uśredniony w czasie wynik pomiaru prędkości obrazu cząstek, pokazujący bezwymiarową wirowość w przekroju podłużnym.

Rdzeń wiru pierwotnego można zidentyfikować po linii przegięcia wirowości dodatniej i ujemnej, oznaczonej czarną linią przerywaną. Linie ciągłe otaczają obszary o lokalnej natężeniu wirowania mniejszej od zera, co wskazuje na wiry warstwy ścinającej. Dodatkowa konstrukcja nośna jest otoczona białymi przerywanymi liniami.

Ten uśredniony w czasie wynik wirowości prędkości obrazu cząstek znajduje się w przekroju poprzecznym. Przepływ oddziela się od krawędzi natarcia, tworzy warstwę ścinającą i wtacza się do rdzenia wiru po obu stronach skrzydła. Wewnątrz warstw ścinających znajdują się stacjonarne podkonstrukcje wirowe.

Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu godziny, jeśli zostanie wykonana odpowiednio. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak obserwować zjawisko nieustalonego przepływu w skrzydle delta cylindra przy użyciu wyżej wymienionych technik wizualizacji przepływu. Nie zapominaj, że praca z laserami może być niezwykle niebezpieczna, a podczas wykonywania każdego eksperymentu należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak noszenie okularów chroniących przed laserem.