Op weg naar zuinigere vliegtuigen, een alternatief voortstuwingsschema dat wordt onderzocht, is een reeks elektrisch aangedreven kanaalventilatoren. De ventilatoren zijn verdeeld over de spanwijdte of geïntegreerd in de vleugel. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben nieuwe inzichten gekregen in hoe de ventilatoren en vooral hun precieze plaatsing op het vliegtuig de wisselwerking tussen voortstuwing en de luchtstroom rond de vleugel kunnen beïnvloeden.

In de meeste commerciële vliegtuigen, de motoren zijn geïsoleerd van de rest van het vleugelsysteem. In plaats van in de vleugel te zijn ingebed of dichter bij dat oppervlak te zijn gemonteerd, ze hangen onder de vleugels uit. Dit is gedaan, gedeeltelijk, om te proberen de invloed van kruiskoppeling te verminderen - de kruiscommunicatie tussen het toerental van de motor en de luchtstroomkarakteristieken rond de vliegtuigvleugel.

"Als we die twee systemen met elkaar laten praten, er is veel toegenomen complexiteit in het stromingsveld over de vleugel en in de voortstuwer, wat ook de prestaties aanzienlijk verandert, " zei Philip Ansell, assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van het College of Engineering aan de Universiteit van Illinois. "We hebben twee subsystemen genomen - voortstuwing en aerodynamica - en we hebben gezegd dat dit geen geïsoleerde subsystemen zijn. Deze zijn nu één ding."

Ansell, samen met zijn afgestudeerde student Aaron Perry bij U of I en Michael Kerho van de Rolling Hills Research Corporation voerden het onderzoek uit om op een basisniveau te begrijpen wat die interacties zijn en hoe die koppeling tussen geleide ventilatorsystemen en vleugelsecties het aerodynamische gedrag zal wijzigen en de algehele verhoging, sleuren, en pitching-momentkenmerken.

"Als we de aandrijvingen integreren, wat in dit geval fans zijn, in de vleugel, we kunnen de voortstuwingsefficiëntie van het vliegtuig verbeteren door de lucht met lage snelheid over het vleugeloppervlak in de voortstuwer op te nemen. Maar het is een uitdaging om erachter te komen hoe je dat op een slimme manier kunt doen."

Dit onderzoeksproject werd experimenteel uitgevoerd met behulp van een 3D-geprint model van een draagvlak, dat is een dwarsdoorsnede van een vleugel, gemonteerd in een subsonische windtunnel. "We hadden een model met kanaalventilatoren die over de achterrand van het vleugelprofiel waren gemonteerd. De stroom gaat over het bovenoppervlak en vervolgens in de ventilator, ' zei Ansell.

Hij zei dat de manipulatie van het gaspedaal van de geleide ventilator die bovenop de vleugel was gemonteerd, grote veranderingen in het aerodynamische gedrag van het vleugelprofiel veroorzaakte.

"We kunnen de gashendel aanpassen om de ventilator sneller of langzamer te laten draaien, zodat ik nu een hogesnelheidsstraal heb die uit de achterkant komt en het vliegtuig aanzienlijk optilt door een fenomeen dat bekend staat als supercirculatie. Het verandert ook de stroming over het oppervlak, " zei hij. "Ik heb kleine stroomgebieden op het oppervlak die grenslagen worden genoemd. Telkens als ik gas geef en lucht in die voortstuwer begin te trekken, het verdunt de grenslaag. Het wijzigt de verdeling van de druk over het vleugelprofiel zelf. Er gebeuren een aantal complexe dingen. Dat ventilatortoerental dat praat met de aerodynamica van het grotere vleugelprofiel is aanzienlijk."

Ansell zei dat de studie een nieuwe manier biedt om de dialoog tussen een volledig vliegtuigsysteem en een voortstuwingssysteem te begrijpen. Het gaat niet alleen om het verhogen van het gaspedaal om een ​​grotere stuwkracht te creëren en een kracht te produceren die door de as van de oriëntatie van de ventilator gaat.

"Het is niet zo eenvoudig omdat het ook de luchtstroom over de vleugel verandert, Ansell zei. "De verschillende oriëntaties van het uiteinde van de ventilator veranderen de prestaties van het vleugelgedeelte en de drukverdeling omdat het de lokale stromingskwaliteitskenmerken verandert. We hebben dat nu gekwantificeerd en kunnen enkele aspecten begrijpen van hoe dat eruit ziet.

"We waren in staat om metingen te doen om beter te begrijpen wat die variaties in koppelingskarakteristieken zijn. Eerder wisten we dat als we het gaspedaal op deze ventilator opvoeren, het resultaat is een stuwkrachtvector die in een bepaalde richting wijst. Nu weten we dat het ook de aerodynamica van mijn lokale vleugel zal veranderen."

De krant, "Aero-voortstuwings- en voortstuwingskruiskoppelingseffecten op een gedistribueerd voortstuwingssysteem, " is geschreven door Aaron Perry en Phillip Ansell. Het staat in de Journal of Aircraft .