The effect of active grid-generated freestream turbulence on an aeroelastic NACA4412 airfoil
Abstract
Aerodynamiske og strukturelle egenskaper til en NACA4412-bæreflate har blitt undersøkt eksperimentelt i den store lukkede vindtunnelen ved NTNU. Hensikten var å få innsikt i hvordan freestream-turbulens, som ble generert ved hjelp av et aktivt turbulensgitter, ville påvirke egenskapene til vingen. Produksjonen av vingen ble startet før masteroppgaven, og avsluttet to måneder etter at oppgaven startet. Ved testing av vingen i vindtunnelen ble energien i turbulensen som ble generert av det nylig installerte aktive turbulensgitter undervurdert. Dette førte til sterke vibrasjoner i vingen, noe som førte oss til å tilpasse problembeskrivelsen, slik at disse vibrasjonene ble inkludert i oppgaven. Airfoilen var Reynolds nummer uavhengig i vårt testområde, med et Reynoldstall på Re_c = 2.0 *10 ^ 5 begrenset av eksperimentelle anlegget. Det er vist at vingens egenskaper ble sterkt påvirket av turbulens. De eksperimentelle resultatene viste en økning i den kritiske angrepsvinkelen og maksimal løft etter hvert som turbulensintensiteten økte, men med ubetydelig effekt på løftehellingen. Løft spektra på grunn av vibrasjonene ble funnet å øke lineært med økende turbulensintensitet for turbulenslengdeskala mindre enn 1,5 ganger chordlengden. Løft spektren viste en avhengighet av den aktive turbulensnettets rotasjonsfrekvens, både for klassiske turbulente strømmer og de med spesifikke frekvenstopper. En viktig feil med negative dragkoeffisienter ble funnet og blir diskutert. Aerodynamic and structural properties of a NACA4412 airfoil have been investigated experimentally in the large closed loop wind tunnel at NTNU. The purpose was to gain insight on how freestream turbulence, which was generated using an active turbulence grid, would impact the properties of the airfoil. The airfoil's manufacture was started before the master thesis, and ended two months after the thesis start. When testing the airfoil in the wind tunnel, the energy contained in the turbulence generated by the newly installed active grid was underestimated. This led to strong vibrations of the airfoil, leading us to adapt the problem description, such that these vibrations would be included in the thesis. The airfoil was Reynolds number independent in our test range for pre-stall angles of attack, with a chord Reynolds number of $Re_c=2.0\times10^5$ limited by the experimental facility. It is shown that the properties of the airfoil were strongly affected by turbulence. The experimental results showed an increase in the critical angle of attack and maximum lift as the turbulence intensity increased, but with negligible effect on the lift slope. The lift variation due to the vibrations was found to increase linearly with increasing turbulence intensity for turbulence length scales less than 1.5 times the chord length. The lift spectra showed a dependence on the active turbulence grid rotating frequency, both when operated randomly as well as with specific frequency peaks.An important error with negative drag coefficients was found and discussed.