Σχεδίαση και μελέτη καινοτόμας αεροτομής με μεταβαλλόμενη γεωμετρία ρύγχους για βελτιστοποίηση της απόδοσης σε υποηχητικές και υπερηχητικές ροές.

Abstract

Μία πτέρυγα συμβατικής γεωμετρίας, είναι κατάλληλη για την παραγωγή άντωσης και την μείωση της οπισθέλκουσας που παράγει και χρησιμοποιείται σε ταχύτητες μικρότερες από αυτήν του ήχου. Όταν η σχετική ταχύτητα πλησιάσει τον κρίσιμο αριθμό Mach (Mcr), τότε παρατηρείται η δημιουργία τοπικών υπερηχητικών περιοχών στην επιφάνεια της πτέρυγας. Τα κρουστικά κύματα που εμφανίζονται δεν είναι δυνατόν να αντιμετωπιστούν σωστά από μία συμβατική αεροτομή, εξαιτίας της γεωμετρίας της και έτσι αυξάνεται απότομα η οπισθέλκουσα, όσο πλησιάζουμε την ταχύτητα του ήχου. Καταλαβαίνουμε λοιπόν πως για ταχύτητες μεγαλύτερες του ενός Mach, η προσέγγιση στον σχεδιασμό της πτέρυγας πρέπει να αλλάξει. Τα δύο βασικά χαρακτηριστικά μίας υπερηχητικής πτέρυγας είναι η συμμετρία ως προς την χορδή της και η χρήση κοφτερών ακμών προσβολής και εκφυγής. Το συμμετρικό προφίλ της, της επιτρέπει να παράγει την απαραίτητη άντωση, χωρίς όμως να χρησιμοποιούνται απότομες αλλαγές στην γεωμετρία που θα δυσκόλευαν τον έλεγχο των παραγόμενων κρουστικών κυμάτων. Παράλληλα, οι κοφτερές γωνίες, είναι απαραίτητες για την ομαλή προσκόλληση των κρουστικών κυμάτων στο εμπρός και πίσω μέρος της αεροτομής. Παρόλα αυτά, το μειονέκτημα στον συγκεκριμένο σχεδιασμό είναι το εξής: Σε χαμηλές ταχύτητες οι κοφτερές ακμές μπορούν να οδηγήσουν σε απρόσμενη αποκόλληση της ροής, νωρίτερα σε σχέση με μία συμβατική πτέρυγα, ενώ ο συντελεστής lift/drag που παράγουν είναι μειωμένος. Τα προβλήματα αυτά κάνουν τα αεροσκάφη ασταθή στις ταχύτητες αυτές, στις ο-ποίες αναπόφευκτα θα βρεθούν. Θα μελετηθεί λοιπόν ο σχεδιασμός μία αεροτομής, η οποία θα μεταβάλλει την γεωμετρία της κατά βούληση, με σκοπό την αποδοτική χρήση της τόσο σε υποηχητικές, όσο και σε υπε-ρηχητικές ταχύτητες. Στόχος είναι η εκμετάλλευση των χαρακτηριστικών που προσφέρει μία συμβατική πτέρυγα (παραγωγή άντωσης, μειωμένη οπισθέλκουσα) σε M<1 και η ελεγχόμενη καθοδήγηση των παραγόμενων κρουστικών κυμάτων προς όφελος μας, μειώνοντας το wave drag σε ταχύτητες ροής M>=1. Η πτέρυγα θα ελεγχθεί για την αποδοτικότητά της στην αρχική και τελική θέση του ρύγχους, ενώ παράλληλα θα μελετηθεί και σε ενδιάμεσες θέσεις «κλειδιά» για να εξασφαλιστεί η ομαλή μεταβολή της γεωμετρίας ανάμεσα στις ακραίες θέσεις. Είναι σημαντικό η πτέρυγα να έχει την απαιτούμενη απόδοση κατά την διάρκεια της μετάβασης.