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Investigation of a Plasma Gurney Flap for Lift Enhancement

Shinya Ueno

Masters thesis (2010)

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Cite this document: Ueno, S. (2010). Investigation of a Plasma Gurney Flap for Lift Enhancement (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/320/
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Abstract

RÉSUMÉ Des essais en soufflerie à des nombres de Reynolds (Re) entre 1,0 x 105 et 1,8 x 105 ont été faits avec une pale NACA 4424 sur laquelle étaient installés des volets Gurney de 2 % et 4 %. Quatre positions (à 85 %, 90 %, 95 % et 100 % de la corde) étaient testées afin de déterminer l’effet de l’emplacement du volet sur l’augmentation de la portance; une position plus près du bord d’attaque permettant d’entreposer des volets qui seraient déployables. L’effet de leur hauteur a aussi été analysé et, conformément à la théorie, un plus grand volet induit une plus grande augmentation de portance. Cela a été observé pour toutes les positions étudiées, tout comme une extension de la plage d’opération en comparaison à l’aile sans volet. Aussi, pour un angle d’attaque constant et pour une hauteur de volet donnée, tous les emplacements en amont du bord de fuite ont présenté des accroissements de portance plus importants qu’à 100 % de la corde. Pour un volet de 2 % de hauteur, la localisation optimale pour obtenir la plus grande augmentation de portance (ΔCL) est 85 % de la corde, alors que pour le contrôle du décrochage et la plage d’opération, il s’agit plutôt de 95 % de la corde. Un volet Gurney utilisant des actionneurs plasma a été conçu et testé à des Re variant de 1,2 x 105 à 1,8 x 105. Le « volet Gurney plasma » vise à éliminer la structure du volet Gurney conventionnel. Lors des essais, il était installé sur une pale NACA 4424 de 260 mm de corde et de 400 mm d’envergure. Les deux actionneurs plasma le composant étaient installés sur l’extrados et l’intrados du bord de fuite. Ils étaient activés de façon indépendante et les tests ont révélé que pris individuellement, ils contribuent de façon approximativement égale à l’augmentation de portance. Cette dernière est donc deux fois supérieure à celle qui serait obtenue avec une configuration à un seul actionneur. Alors que ΔCL avec un volet Gurney standard est surtout causé par le retardement de l’écoulement sous l’intrados, celui-ci est plutôt dû à l’accélération de l’air au-dessus de l’extrados dans le cas du « volet Gurney plasma ». Cela contribue à étendre encore plus la plage d’opération pour de basses vitesses d’écoulement. Tandis qu’une pale sans volet ou avec un volet de 1 % de hauteur décrochait à une vitesse de 4,6 m/s, le volet Gurney de 2 % de haut et le « volet Gurney plasma » demeuraient dans les limites d’opération stable. Tout dépendant de la vitesse de l’air et de la puissance appliquée aux actionneurs, ΔCL variait entre 0,02 et 0,18 pour le « volet Gurney plasma ». Puisque cette configuration présente deux actionneurs qui contribuent de façon égale à ΔCL, elle est environ deux fois meilleure que tout autre système à un seul actionneur plasma.----------Abstract Wind tunnel tests for 2% and 4% Gurney flaps on a NACA 4424 wing were conducted at Reynolds numbers ranging from 1.0 x 105 to 1.8 x 105. Four different flap locations, 85%, 90%, 95% and 100%, were tested to investigate flap location effect for lift improvement since an upstream location is feasible to store deployable flaps. In the flap height study, as reported in the literature, higher flaps provided larger lift. This trend was observed for all flap locations in this study. In the location study, all Gurney flap configurations showed a wider wing operational range than the baseline wing. All upstream flaps showed higher lift than the 100% location flap for a given angle of attack and flap height. The optimal location of a 2% Gurney flap in the study was the 85% location in terms improvement, ΔCL, and the 95% location in terms of stall control and wider operational range. A newly developed plasma “Gurney flap” was tested at Reynolds numbers ranging from 1.2 x 105 to 1.8 x 105. The plasma Gurney flap was intended to eliminate the physical structure of the Gurney flap and was installed on a 260 mm chord length and 400 mm wing span NACA 4424 airfoil. The Two SDBD plasma actuators comprising the plasma Gurney flap were installed individually on the suction side and the pressure side of the trailing edge. These two actuators were independently activated as well as the combined activation of the plasma Gurney flap. The tests revealed that each actuator individually contributes to the lift enhancement for nearly equal proportions, thus the combination of the two actuators performed twice as well as a single actuator. While the lift improvement by the physical Gurney flaps is mainly due to flow retardation on the pressures side, the lift enhancement of the plasma Gurney flap was mainly caused by the suction side flow acceleration. Because of these characteristics, the plasma Gurney flap is able to contribute wing operational range extension in the lower freestream velocity region. While the original and a 1% Gurney flap had stalled at 4.6 m/s freestream velocity, a 2% Gurney flap and the plasma Gurney flap wings remained within the wing operational ranges. The measured ΔCL ranged from 0.02 to 0.18, depending on the freestream velocity and the power applied to the plasma actuators. Because the actuator configuration allows the installation of two plasma actuators nearly equal contribution to lift improvement, the setup can generate approximately twice the effect of any other single plasma actuator configuration.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie mécanique
Dissertation/thesis director: Njuki-William Mureithi and Huu Duc Vo
Date Deposited: 04 Oct 2010 14:41
Last Modified: 27 Jun 2019 16:49
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/320/

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