הפקולטה להנדסה -
המגמה להנדסה מכנית
יוני 2002
תיכון ואפיון של פרופיל כנף המכיל
מרעדים לבקרת זרימה
תקציר לספר
הפרוייקטים
פרוייקט גמר 223
הכין: יונתן יום-טוב 038413761
מנחה:
ד"ר אבי זייפרט
תקציר
מנהלים
מטרתו של פרויקט זה הייתה להדגים יישום אפשרי של
בקרת זרימה אקטיבית על כנף. תחום בקרת הזרימה האקטיבית הוא תחום הנחקר כיום
באינטנסיביות במעבדות רבות לאוירונאוטיקה ברחבי העולם, בהן גם במעבדה
לאוירונאוטיקה שבאוניברסיטת תל-אביב. המטרה בבקרת זרימה אקטיבית היא לשנות את
זרימת האוויר על אזורים שונים בכלי הטיס באופן פעיל על מנת לגרום לשיפור או לשינוי
בביצועים של כלי הטיס. מחקרים שונים הראו שבעזרת בקרת זרימה ניתן לשפר עילוי,
לכוון סילון ולדחות את הזווית בה מתרחשת הזדקרות ועוד.
בפרויקט זה המטרה הייתה לגרום, בעזרת בקרת זרימה
אקטיבית, להבדל בעילוי בין שני צידי הכנף, ללא שימוש במדפים או באמצעי ניהוג
אחרים, ועל ידי כך לגרום לכנף להתגלגל.
לפרויקט זה היו מספר אספקטים חדשניים:
א.
זו פעם ראשונה שהוכחה
היתכנות של היגוי בעזרת בקרת זרימה ללא חלקים נעים בכנף ובזווית התקפה 0.
ב. מנגנון בקרת הזרימה בו השתמשנו מעולם לא נבחן ניסיונית לפני פרויקט זה.
ג. זו פעם ראשונה שהיגוי בעזרת בקרת זרימה אקטיבית נוסה על כנף חופשית להתגלגל.
שימוש אפשרי לשיטה שנוסתה בפרויקט זה הוא ניהוג של כלי טיס ללא חלקים נעים
(מאזנות). היתרונות בכך הן הפחתת הגרר הנגרם כתוצאה משימוש במאזנות, צמצום הבלאי
הנגרם כתוצאה משימוש במאזנות ובנוסף, בעקבות האפשרות לבצע ניהוג ללא משטחי זנב
ומאזנות, הפחתת חתימת המכ"מ של כלי הטיס.
מהלך העבודה
בכדי לבקר את הזרימה הוחלט על השיטה הבאה: שימוש
בכנף טיסן רגילה בה נחתך חתך משולש (במבט צד). בצלע הקדמית של המשולש הותקנו
מרעדים פיאזו-אלקטריים אשר הכניסו הפרעה מחזורית לזרימה על העקימון העליון של
הכנף.
מרעדים
פיאזו-אלקטריים הינם התקנים אשר בנויים מתיבה מלבנית שבצידה התחתון מותקן רכיב
פיאזו-אלקטרי ובאחד מצדדיה נמצא חריץ צר. הפעלת מתח חילופין על הגביש גורמת לו
להתנודד וליצור תנודות לחץ בתוך בתיבה אשר גורמות בתורן ליצירת סילון אוויר תונד
היוצא מהחריץ בתיבה.
תרשים 1: תרשים
של מרעד פיאזו-אלקטרי גנרי
סילון האוויר התונד, הנפלט בקרוב במשיק למשטח,
גורם לזרימה להיצמד לקו העקימון העליון של הכנף, עקב ערבוב שכבות התנע השונות.
כאשר המרעדים אינם מופעלים הזרימה מתארת קו זרם אשר דומה לקו הזרם על כנף ללא חתך.
נישוב מחזורי על ידי מרעד
תרשים 2: חתך דו-ממדי של כנף עם חתך
משולש ב-40% מהמיתר
בכדי לבדוק מהו המיקום האופטימלי בכנף לחתך
המשולש חושבו ההפרשים בעילוי בין מצב בו המרעדים לא מופעלים לבין מצב בו הם
מופעלים על כנף עם חתך משולש במיקומים שונים. החישובים בוצעו בעזרת תוכנת חישוב
זרימה פוטנציאלית. התוצאות שקיבלנו העידו שהפרש העילוי המירבי, בין מצב בו המרעדים
לא מופעלים לבין מצב בו הם מופעלים, יושג כאשר החתך יהיה ב-40% ממיתר הכנף. הפרש
העילוי המחושב במקרה זה הוא 0.1, כאשר בניסוי הצפי היה לקבל ערך מופחת מכיוון
שהזרימה לא אידיאלית ואינה נצמדת באופן מלא לעקימון העליון של הכנף כאשר המרעדים
פועלים.
מרעדים הותקנו על הכנף ונבחנו במנהרת רוח בשני
ניסויים: בניסוי הראשון נבחנה ההשפעה הדו-ממדית של הפעלת המרעדים. בעזרת חרירי לחץ
התקבל פילוג הלחצים על איזור החתך בכנף וחושבו ההפרשים בעילוי. התקבלו הפרשי עילוי
כמחצית מהערך שהתקבל מהחישובים התיאורטיים.
בניסוי השני הותקנה הכנף בתוך המנהרה על ציר
ממוסב אשר חובר למרכז הכנף כך שהכנף הייתה חופשית להתגלגל. הטיית הכנף נמדדה בעזרת
מד הטיה. קצב הגלגול שהתקבל בעת הפעלת המרעדים היה בין 3.5 ל-7 מעלות לשנייה.