Eliminowanie turbulencji przy pomocy aktywnej kontroli
Przepływ powietrza wokół samolotu jest definiowany matematycznie przez trzy składowe: przepływ średni, dynamiczną składową okresową oraz składową turbulencji losowych, dla której określone są naprężenia Reynoldsa. Większość prac dotyczących tłumienia turbulencji w celu zmniejszenia tarcia powierzchniowego skupia się na zmianach średniego przepływu, powodując zmiany naprężeń Reynoldsa. Aby zbadać to zagadnienie w inny sposób, naukowcy europejscy i chińscy zainicjowali finansowany przez UE projekt "Manipulation of Reynolds stress for separation control and drag reduction" (MARS). Zajmowali się oni wpływem aktywnej kontroli przepływu na składową okresową. To radykalnie nowe podejście umożliwiło im zademonstrowanie zdolności do kontrolowania poszczególnych dynamicznych struktur większych i posiadających mniejszą częstotliwość niż w burzliwej warstwie ścinającej. W tunelu aerodynamicznym badano sprawność urządzeń sterujących, takich jak siłowniki plazmowe i powierzchnie oscylacyjne na strukturach dynamicznych, które wpływają na naprężenie Reynoldsa. Niezależna symulacja wirów oraz modele równań Naviera-Stokesa uśrednionych metodą Reynoldsa także dostarczyły nowych informacji na temat ważnych parametrów przepływu. Do zbadania szczegółów przepływu wykorzystano prace doświadczalne, jak i symulacje numeryczne. W określonych warunkach uzyskano przepływy nieustalone, zbadano też wpływ składowej okresowej na burzliwe naprężenia Reynoldsa. Badania te umożliwiły uczestnikom projektu MARS dokładniejsze poznanie wpływu kontroli przepływu na burzliwe naprężenie Reynoldsa. Są one odpowiedzialne za istotną część przeniesienia momentu w ograniczonych ścianami przepływach burzliwych i stanowią klucz do tarcia powierzchniowego. Ponadto, uczestnicy projektu MARS zidentyfikowali urządzenia do dalszych prac rozwojowych mających na celu skuteczne ograniczenie tarcia powierzchniowego, a tym samym tarcia hamującego ruch samolotu w warunkach rzeczywistego lotu. Nowa generacja urządzeń do aktywnej kontroli przepływu pomoże w poprawie wydajności transportu lotniczego oraz zmniejszeniu emisji szkodliwych gazów do środowiska.
Słowa kluczowe
Turbulencja, kontrola przepływu, sprawność aerodynamiczna, naprężenie Reynoldsa, zmniejszenie oporu
