8.3: Kanat Profili Davranışı: Clark Y-14 Kanadı Üzerinde Basınç Dağılımı

1. Clark Y-14 modelini kurmak için test bölümünün üst kapağını çıkarın (akor uzunluğu, c = 3.5 inç). Test bölümü 1 ft x 1 ft olmalı ve rüzgar tüneli maksimum 140 mil / saat hava hızını sürdürebilmelidir.
2. Alüminyum Clark Y-14 modelini, #1 numaralı bağlantı noktası yukarı akışa bakacak şekilde test bölümünün içindeki döner tablaya monte edin. Üst kapağı değiştirin. Modelin rüzgar tüneli test bölümünün hem zeminine hem de tavanına temas ettiğini ve bu nedenle kanat profili etrafında 3D akış oluşmadığını unutmayın.
3. 19 - 1 etiketli 19 basınç tüpünü sırasıyla manometre panelinin ilgili bağlantı noktalarına bağlayın. Clark Y-14 modelindeki bağlantı noktaları şu şekilde bulunur: bağlantı noktası 1: x/c = 0 (ön kenarda sağda), bağlantı noktası 2 ve 11: x/c = %5, bağlantı noktası 3 ve 12: x/c = %10, bağlantı noktası 4 ve 13: x/c = %20, bağlantı noktası 5 ve 14: x/c = %30 bağlantı noktası 6 ve 15: x/c = %40, bağlantı noktası 7 ve 16: x/c = %50, bağlantı noktası 8 ve 17: x/c = %60, bağlantı noktası 9 ve 18: x/c = %70 ve bağlantı noktası 10 ve 19: x/c = %80 (Şekil 2). Manometre paneli, renkli yağ ile doldurulmuş ve su inç dereceleri ile işaretlenmiş 24 sütuna sahip olmalıdır.
4. Döner tablayı, hücum açısı 0° olacak şekilde döndürün.
5. Rüzgar tünelini 90 mil hızla çalıştırın ve manometreyi okuyarak 19 basınç ölçümünün tümünü kaydedin.
6. 4 ve 5°'lik hücum açıları için 4. ve 8. adımları tekrarlayın.

Kanat profili, bir uçakta kaldırma kuvveti oluşturan iki boyutlu bir kanat bölümüdür. Kanat profilleri birçok geometriye sahiptir, ancak hepsi aynı özelliklerle tanımlanır. Ön kenar, kanat profilinin ön tarafında maksimum eğriliğe sahip noktadır. Ve benzer şekilde, arka kenar, kanat profilinin arkasındaki maksimum eğrilik noktasıdır.

Akor çizgisi, ön ve arka kenarları birbirine bağlayan düz bir çizgidir. Akor uzunluğu, c, bu akor çizgisinin uzunluğudur ve diğer yönlerdeki boyutları akor uzunluğunun yüzdeleri olarak tanımlamak için kullanılır.

Burada, %14 akor uzunluğu kalınlığına sahip olan ve alt yüzeyde %14 akordan arka kenara kadar düz olan Clark Y-30 kanat profiline odaklanacağız. Çeşitli hücum açılarında, kanat profili, yaklaşan hava basıncına göre üst yüzeyde daha düşük basınçlar ve alt yüzeyde daha yüksek basınçlar üretir.

Bernoulli İlkesi'ne göre, bu basınç farkı, kavisli yüzeylerle etkileşime giren hava moleküllerinin neden olduğu, kanat profilinin üst ve alt bölgeleri arasındaki hız farklılıklarının bir sonucudur. Üst yüzeydeki daha düşük basınç bölgesi, alt yüzeydeki daha yüksek basınç bölgesinden daha yüksek bir hıza sahiptir.

Kanat profilinin yüzeyine paralel kesme kuvvetleri ihmal edilirse, kaldırma kuvvetini oluşturan şey toplam basınç kuvvetidir. Bu ilişkiyi kullanarak kanat profili üzerindeki keyfi bir nokta için basınç katsayısını, Cp'yi tanımlayabiliriz. Basınç katsayısı, bir akış alanı boyunca bağıl basınçları tanımlayan boyutsal olmayan bir sayıdır. P mutlak basınçtır, P sonsuzluk serbest akış basıncıdır ve rho sonsuzluğu ve V sonsuzluğu sırasıyla serbest akış yoğunluğu ve hızıdır.

Ön kenar konumları dışında, Cp ile belirlenen basınç kuvveti yönleri, düşük hücum açılarında kaldırma ile aynı yönde yaklaşık olarak yukarıyı gösterir. Böylece, bu ilişkiyi kullanarak üretilen kaldırmayı nesnenin etrafındaki sıvı akışıyla ilişkilendiren boyutsuz bir kaldırma katsayısı olan CL'yi hesaplayabiliriz. Burada, c akor uzunluğudur ve x, ön kenar sıfır olan yatay koordinat konumudur.

Bu deneyde, yüzeyinde 19 adet basınç musluğu bulunan bir kanat profilinin yüzeyindeki basınç dağılımını analiz edeceğiz. Basınç okumalarının her biri bir sıvı manometresi kullanılarak ölçülür. Hava profilini çeşitli hücum açılarında bir rüzgar tünelinde hava akışına maruz bırakarak basınç dağılımını ve kaldırmayı ölçeceksiniz.

Bu deney için, 1 ft x 1 ft test bölümü ve maksimum 140 mil / saat çalışma havası hızına sahip bir aerodinamik rüzgar tüneli kullanacaksınız. Model kanat profili, basınç tüpleri için 19 yerleşik bağlantı noktasına sahip bir alüminyum Clark Y-14 kanat profilidir. Basınç portlarının konumları burada gösterilmiştir. Bağlantı noktası koordinatı, bağlantı noktasının konumunun akor uzunluğuna bölünmesiyle belirlenir. Basınç portları, renkli yağla doldurulmuş ancak su inç dereceleri olarak işaretlenmiş bir manometre paneline bağlanır.

Başlamak için, test bölümünün üst kapağını çıkarın ve kanat profilini döner tablaya dikey olarak takın ve bir numaralı bağlantı noktasının yukarı akışa baktığından emin olun. Test bölümünün üst kapağını yerine takın. Kanat profili modelinin, kanat profili çevresinde 3D akış oluşmadığından emin olmak için rüzgar tüneli test bölümünün hem tabanına hem de tavanına temas ettiğini unutmayın.

19 etiketli basınç tüpünü manometrenin ilgili portlarına bağlayın. Şimdi hücum açısının sıfır olması için döner tablayı döndürün. Ardından rüzgar tünelini açın ve rüzgar hızını 90 mil / saat'e ayarlayın. 19 manometre yükseklik ölçümünün tümünü not defterinize kaydedin.

Şimdi rüzgar tünelini kapatın ve hücum açısını 4'e ayarlayın? Ardından, rüzgar hızı 90 mph'de olacak şekilde rüzgar tünelini tekrar açın ve 19 basınç portunun her biri için manometre okumalarını kaydedin. Son olarak, 90?'lik bir hücum açısı için ölçümü 8 mph'de tekrarlayın. Daha önce olduğu gibi, tüm manometre okumalarını kaydedin.

Şimdi verileri nasıl analiz edeceğimize bir göz atalım. İlk olarak, delta h'nin not defterinizde kaydedilen yükseklik okuması, rho L'nin yağın yoğunluğu ve g'nin yerçekimi ivmesi olduğu bu ilişkiyi kullanarak manometre yükseklik okumalarının her biri için ölçü basıncını belirleyin. Ardından, kanat profili üzerindeki her bir port için boyutsal olmayan basınç katsayısını (Cp) hesaplayın.

Basınç katsayısı, serbest akış yoğunluğu, serbest akış hızı ve ölçü basıncı kullanılarak gösterildiği gibi hesaplanır. Bağlantı noktası koordinatına karşı negatif basınç katsayısını çizelim. İlk olarak, sıfıra eşit bir hücum açısı için, grafiğin görsel olarak daha sezgisel olması için y ekseninde pozitif Cp yerine negatif Cp çiziyoruz. Böylece, üst iz kanat profilinin üst yüzeyindeki negatif basınçları, alt iz ise alt yüzeydeki pozitif basınçları iletir.

Grafikten, ön kenardan hemen sonra basıncın büyük ölçüde değiştiğini görebiliriz. Basınç, ön kenardan sonra %5 ila %15 akor civarında minimum değerine ulaşır. Sonuç olarak, kaldırmanın yaklaşık yarısı kanat profilinin ilk 1/4 akor bölgesinde üretilir. Her üç hücum açısına da baktığımızda, ön kenardan sonra benzer bir basınç değişimi gözlemliyoruz.

Ek olarak, her üç durumda da, üst yüzey alt yüzeyden daha fazla kaldırmaya katkıda bulunur. Sonuç olarak, kanadın üst kısmında temiz ve sert bir yüzey sağlamak çok önemlidir. Bu nedenle çoğu uçak, kanadın üst kısmındaki herhangi bir nesneden arındırılır.

Durma meydana gelmeden önce, hücum açısının arttırılması, kanat profilinin alt ve üst yüzeyleri arasında daha yüksek basınç farklarına neden olur ve böylece daha yüksek kaldırma kuvveti oluşturur. Burada gösterilen ilişkiyi kullanarak her bir hücum açısı için kaldırma katsayısını hesaplayabiliriz. Kaldırma katsayısı, üretilen kaldırma kuvvetini kanat profili üzerindeki basınç dağılımı ile ilişkilendirir ve beklendiği gibi daha yüksek hücum açıları için daha yüksektir.

Özetle, bir kanat profili boyunca oluşan basınç farklılıklarının bir uçakta nasıl kaldırma kuvveti oluşturduğunu öğrendik. Daha sonra, çeşitli saldırı açılarında hava akışına maruz kalan bir Clark Y-14 kanat profilinin yüzeyi boyunca basınç dağılımını ölçtük ve kaldırma katsayılarını hesapladık.