Nuova luce sulla transizione laminare-turbolenta nelle ali a freccia
Negli ultimi anni, la transizione al regime turbolento negli strati limite delle ali a freccia è stata oggetto di molte ricerche. Diversi esperimenti hanno già messo in evidenza l’importanza degli elementi con rugosità distribuita di micro-dimensioni (distributed micro-sized roughness, DMSR), dimostrando che imperfezioni molto piccole sulla superficie possono produrre un effetto di rilievo sulla posizione relativa alla transizione. Tuttavia, gli sforzi dei ricercatori per il controllo della transizione con questi elementi non hanno prodotto risultati di successo, a causa delle piccole differenze in quanto a livello di rumore, nelle gallerie del vento utilizzate per gli attuali esperimenti. Gli scienziati finanziati dall’UE che lavorano al progetto RODTRAC (Robustness of distributed micron-sized roughness-element for transition control) hanno impiegato tecniche di modellizzazione numerica e condotto esperimenti in galleria del vento per testare la ricettività dello strato limite ai disturbi esterni, come per esempio la turbolenza a flusso libero e le onde acustiche. La ricettività costituisce il meccanismo mediante il quale i disturbi di flusso libero entrano nello strato limite e creano le condizioni iniziali per le onde instabili. Le simulazioni numeriche dettagliate hanno permesso un’attenta valutazione e spiegazione degli effetti relativi alle perturbazioni acustiche e vorticose, sia in combinazione che separate. Le simulazioni sono state accompagnate con calcoli di stabilità e analisi di ricettività. I risultati hanno dimostrato che, indipendentemente dal livello di turbolenza a flusso libero, i vortici stazionari a flusso incrociato rappresentano i meccanismi di instabilità dominanti, in presenza di elementi MSR. Inoltre, l’interazione tra onde acustiche ed elementi di rugosità ha prodotto un eccitamento dei vortici instabili di flusso incrociato. Esperimenti mediante perturbazioni acustiche e turbolenza sotto controllo hanno completato il lavoro numerico e sono stati utilizzati per convalidare i risultati. Con livelli di bassa turbolenza, gli elementi DMSR hanno stabilizzato il flusso dello strato limite e spostato il passaggio più a valle. In tali casi, è stato rilevato che i campi acustici all’interno di determinati intervalli di frequenza destabilizzano ulteriormente la posizione di transizione. Elevati livelli di turbolenza hanno dimostrato di non ritardare la transizione laminare-turbolenta. Il progetto RODTRAC ha prodotto miglioramenti in quanto all’interazione di diverse fonti di perturbazioni relative a transizione sullo strato limite delle ali a freccia. I risultati del progetto e le conclusioni saranno utilizzati per migliorare le previsioni riguardanti le prestazioni dei velivoli con ali laminari, facilitando la progettazione di velivoli avanzati.
Parole chiave
Transizione laminare-turbolenta, ali a freccia, rugosità distribuita con micro-dimensioni, RODTRAC, turbolenza a flusso libero
