Aerodynamics of an airfoil with plasma actuators of different kinds and geometries

The aim of this thesis work is to study the performances of plasma actuators, both corona and DBD (Dielectric Barrier Discharge) types, as flow control devices on an airfoil at high angles of attack. In particular, serrated-edge electrodes are investigated. A study on a NACA0015 airfoil is performed with the aim of improving its aerodynamic performances, with particular focus on lift coefficient increase and stall delay. The energy consumption of plasma actuators is also evaluated. To do this, lift and drag measurements have been done in a wind tunnel at four different Reynolds numbers (85000, 170000, 255000 and 340000). The results prove that the serrated-edge geometry, when properly designed, overcomes the performances of the straight actuators, although it has a higher energy consumption. Furthermore, a new three-electrodes corona actuator is presented, based on the increase of the ion density. Some preliminary measurements of the induced velocity point out the future potentialities of this actuator. In fact, the new configuration seems to provide higher velocities and higher mass flow rates respect to serrated-edge and traditional geometries.

Lo scopo di questo lavoro di tesi, di carattere sperimentale, è lo studio delle prestazioni degli attuatori al plasma, sia di tipo corona che DBD (Dielectric Barrier Discharge), nell'ambito del controllo della separazione su profili aerodinamici ad alti angoli di incidenza. In particolare viene ottimizzata la geometria degli elettrodi a punte triangolari. I parametri geometrici delle punte sono ottimizzati in termini di efficacia nell'aumento di portanza e nella posticipazione dello stallo. Viene inoltre analizzato anche il consumo energetico. Per far ciò sono state effettuate prove di pesate aerodinamiche in galleria del vento su un profilo NACA0015 a quattro diversi numeri di Reynolds (85000, 170000, 255000 e 340000). I risultati ottenuti indicano una superiorità della geometria a punte triangolari rispetto alle configurazioni tradizionali, seppur con un maggior dispendio energetico. Inoltre, è stato presentato un nuovo attuatore corona a tre elettrodi, basato sul principio dell'aumento della densità ionica. Da alcune misure preliminari della velocità indotta è stato possibile stimare come questo attuatore abbia grandi potenzialità future. Infatti, le misure effettuate mostrano velocità e portate superiori sia rispetto agli attuatori tradizionali che agli attuatori a punte.