På landningsbanan till mer bränslesnåla flygplan, ett alternativt framdrivningsschema som undersöks är en rad elektriskt drivna kanalfläktar. Fläktarna är fördelade över vingspannet eller integrerade i vingen. Forskare vid University of Illinois fick ny förståelse för hur fläktarna och särskilt deras exakta placering på flygplanet kan påverka korskonversationen mellan framdrivning och luftflödet runt vingen.

I de flesta kommersiella flygplan, motorerna är isolerade från resten av vingsystemet. Istället för att vara inbäddad i vingen eller monterad närmare den ytan, de hänger ut under vingarna. Detta är gjort, till viss del, att försöka minska påverkan i korskopplingen – korskommunikationen mellan motorns varvtal och luftflödesegenskaperna kring flygplansvingen.

"Om vi ​​tillåter de två systemen att prata med varandra, det finns mycket ökad komplexitet i flödesfältet över vingen och in i drivmotorn - vilket också väsentligt förändrar prestandan, sa Philip Ansell, biträdande professor vid avdelningen för flygteknik vid College of Engineering vid University of Illinois. "Vi har tagit två delsystem - framdrivning och aerodynamik - och vi har sagt att det här inte är isolerade delsystem. Detta är nu en sak."

Ansell, tillsammans med sin doktorand Aaron Perry vid U of I och Michael Kerho från Rolling Hills Research Corporation genomförde studien för att på en grundläggande nivå förstå vad dessa interaktioner är och hur den kopplingen mellan kanalförsedda fläktsystem och vingsektioner kommer att ändra det aerodynamiska beteendet och den totala lyften, drag, och stigningsmomentegenskaper.

"Om vi ​​integrerar framdrivarna, som i detta fall är fans, in i vingen, vi kan förbättra flygplanets framdrivningseffektivitet genom att få in låghastighetsluften över vingytan in i framdrivaren. Men det är utmanande att ta reda på hur man gör det på ett smart sätt. "

Detta forskningsprojekt genomfördes experimentellt med hjälp av en 3-D-tryckt modell av en bäryta, som är ett tvärsnitt av en vinge, monterad inuti en subsonisk vindtunnel. "Vi hade en modell med kanalförsedda fläktar monterade över den bakre kanten av bärytan. Flödet går över den övre ytan och sedan in i fläkten, sa Ansell.

Han sa att manipulationen av gasreglaget för den kanaliserade fläkten monterad ovanpå vingen gav stora förändringar i flygplanets aerodynamiska beteende.

"Vi kan justera gasreglaget för att få fläkten att snurra snabbare eller långsammare, så att jag nu har en höghastighetsjet som kommer ut från baksidan och verkar för att väsentligt lyfta flygplanet genom ett fenomen som kallas supercirkulation. Det förändrar också flödet över ytan, " sa han. "Jag har små områden av flödet på ytan som kallas gränsskikt. När jag höjer gasen och börjar dra in luft i den där framdrivaren, det tunnar ut gränsskiktet. Det ändrar fördelningen av trycket över själva bärytan. Det händer en del komplexa saker. Den fläkthastigheten som pratar med aerodynamiken i det större flygplanet är betydande. "

Ansell sa att studien ger ett nytt sätt att förstå dialogen mellan ett komplett flygplanssystem och ett framdrivningssystem. Det handlar inte bara om att öka gasen för att skapa en större dragkraft och producera en kraft som går genom fläktens orienteringsaxel.

"Det är inte så enkelt eftersom det också förändrar luftflödet över vingen, ", sa Ansell. "De olika orienteringarna av fläktens ände ändrar prestandan hos vingsektionen såväl som tryckfördelningen eftersom det ändrar de lokala flödeskvalitetsegenskaperna. Vi har nu kvantifierat det och kan förstå vissa aspekter av hur det ser ut.

"Vi kunde ta mätningar för att bättre förstå vad dessa variationer i kopplingsegenskaper är. Tidigare visste vi att om vi ökar gasen på denna fläkt, resultatet är en dragkraftsvektor som pekar i en viss riktning. Nu vet vi att det också kommer att modifiera min lokala vingaerodynamik."

Pappret, "Aeropropulsiva och framdrivande tvärkopplingseffekter på ett distribuerat framdrivningssystem, " skrevs av Aaron Perry och Phillip Ansell. Det visas i Journal of Aircraft .