Development of active composite aerofoil for assessment of novel flow control concepts

• Autorzy: Koschichow R. , Holeczek K. , Koschichow D. , Rüdiger F. , Kostka P. , Langkamp A. , Fröhlich J. , Modler N.

Warianty tytułu

PL

Opracowanie aktywnego płata kompozytowego do badań nowych koncepcji sterowania przepływem medium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, an investigation of the dynamic effects of the low-amplitude, high-frequency excitation of a composite aerofoil by means of integrated actuators on the flow is presented. For this purpose, a well-established elastic NACA 64-418 profile was manufactured from a glass fibre reinforced epoxy resin with integrated active elements. The modal properties of the profile were optimized during the design process in such a way that the spatial distribution of nodes and antinodes of the profile is potentially advantageous for the influence of the flow behaviour around the profile. Additionally, the respective eigenfrequency of the profile should be high enough to efficiently influence the flow. The first numerical and experimental results confirm that the aimed modal properties could be obtained. The optimized profile design has been implemented in the resin transfer moulding manufacturing process and selected low-profile actuating elements were applied after fibre-reinforced plastics consolidation on the inner surface of the NACA profile. The applicability of the proposed flow control approach will be evaluated in detail in a specially developed flow channel in further investigations.

PL

W pracy przedstawiono badania dynamicznego wpływu niskoamplitudowego, wysokoczęstotliwościowego pobudzenia za pomocą zintegrowanych w kompozytowy profil lotniczy elementów wykonawczych na opływające profil medium. W tym celu dobrze poznane profile typu NACA 64-418 zostały wytworzone z materiału kompozytowego na bazie żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknami szklanych i wyposażone w zintegrowane elementy wykonawcze. Parametry modalne profili zoptymalizowano w procesie projektowania w taki sposób, iż przestrzenne rozmieszczenie węzłów i strzałek profilu ma potencjalnie korzystny wpływ na opływające go medium. Dodatkowo, odpowiadająca tej postaci częstotliwość własna profilu musi być wystarczająco wysoka, aby efektywnie wpływać na przepływ. Pierwsze numeryczne i eksperymentalne wyniki potwierdzają możliwość uzyskania zamierzonych parametrów modalnych. Do wytworzenia zoptymalizowanej konstrukcji profilu wykorzystano technologię RTM (ang. Resin Transfer Moulding). Po skonsolidowaniu profilu wybrane cienkie elementy wykonawcze zostały zaaplikowane na wewnętrznej powierzchni profilu NACA. Możliwość zastosowania proponowanego podejścia do kontroli przepływu medium będzie określana szczegółowo w dalszych badaniach w specjalnie skonstruowanym kanale przepływowym.

Słowa kluczowe

EN

lightweight structures; polymer technology; polymer-matrix composites; multifunctional composites; active flow control; composite aerofoil; flow separation

PL

struktury lekkie; technologia polimerów; kompozyty o osnowie polimerowej; multifunkcjonalna aktywna kontrola przepływu; separacja przepływu

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 3
• Strony: 146--151
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Koschichow R.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology, Holbeinstr. 3, 01307 Dresden, Germany

autor

Holeczek K.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology, Holbeinstr. 3, 01307 Dresden, Germany

autor

Koschichow D.

• Technische Universität Dresden, Institute of Fluid Dynamics, George-Bährstr. 3c, D-01062 Dresden, Germany

autor

Rüdiger F.

• Technische Universität Dresden, Institute of Fluid Dynamics, George-Bährstr. 3c, D-01062 Dresden, Germany

autor

Kostka P.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology, Holbeinstr. 3, 01307 Dresden, Germany

autor

Langkamp A.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology, Holbeinstr. 3, 01307 Dresden, Germany

autor

Fröhlich J.

• Technische Universität Dresden, Institute of Fluid Dynamics, George-Bährstr. 3c, D-01062 Dresden, Germany

autor

Modler N.

• Technische Universität Dresden, Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology, Holbeinstr. 3, 01307 Dresden, Germany

Bibliografia

• [1] Greenblatt D., Wygnanski I.J., The control of flow separation by periodic excitation, Progress in Aerospace Sciences 2000, 487-545.
• [2] Huyse L., Padula S.L., Lewis R.M., Li W., Probabilistic approach to free-form airfoil, AIAA Journal 2002, 40, 9, 1764-1771.
• [3] Abuaf N., Bunker R.S., Lee C.P., Effects of surface roughness on heat transfer and aerodynamic performance of turbine airfoils, Journal of Turbomachinery 1998, 120, 3, 522-529.
• [4] Young-Chang Cho W.S., Adaptive flowcontroloflow-Reynolds number aerodynamics using dielectric barrier discharge actuator, Progress in Aerospace Sciences 2011, 47, 495-521.
• [5] Jukes T.N., Smart control of a horizontal axis wind turbine using dielectric barrier discharge plasma actuators, Renewable Energy 2015, 80, 644-654.
• [6] Mystkowski A., Piezo-stack vortex generators for boundary layer control of a delta wing micro-aerial vehicle, Mechanical Systems and Signal Processing 2013, 40, 783-790.
• [7] Kostka P., Filippatos A., Höhne R., Hufenbach W., A simulation-based monitoring of a composite plate made using an integrated vibration measurement system, Key Engineering Materials 2013, 569-570, 41-64.
• [8] Bowena C.R., Kima H.A., Salob A.I.T., Active composites based on bistable laminates, Procedia Engineering 2014, 75, 140-144.
• [9] Kumar R.S., Ray M., Active control of geometrically nonlinear vibrations of doubly curved smart sandwich shells using 1-3 piezoelectric composites, Composite Structures 2013, 105, 173-187.
• [10] Smart Material Corporation, MACRO FIBER COMPOSITE - MFC; Actuator, Sensor, Energy Harvester, Actuator, Sensor, Energy Harvester, Piezo Powering and Instrumentation, Engineering Services 2014. [Online]. Available: http://www.smart-material.com/media/Datasheet/MFC_V2.1-web-2014.pdf [Accessed 09 April 2015].
• [11] Freund A., Numerische Untersuchung zum visuellen Eindruck von presstechnisch hergestellten Textil-Thermoplastverbunden, Dissertation TU, Dresden 2014.
• [12] SVMtec, Flowsound - Messsystem für aeroakustische Untersuchungen - Handbuch und technische Dokumentation, SVMtec GmbH, Stuttgart 2008.