Analisi sperimentale e numerica di flap mobili passivi per ritardare lo stallo

Self-activated movable flaps are biomimetic devices placed on the upper surface of a wing, developed to passively control the boundary layer and thus delay the effects of stall and increase the maximum lift coefficient. They are based on passive boundary-layer control, obtained through reduction of the adverse pressure gradient. The separation between the recirculating flow near the trailing edge of the wing and the potential flow is fundamental to obtain this effect, and it is assured by the mouting of these flaps, which must be movable, in order to self-adapt to the variations of the recirculating bubble’s size with the angle of attack. This analysis in based on wind tunnel testing to evaluate the effects of these devices mounted on a NACA 0015 airfoil at Reynolds=200000, focusing on placement and size. A further analysis has been done with free-software Xfoil, developed by Professor Drela, to verify the quality of the obtained data. Other experimental tests are performed by Elisa Viganò, after the graduation of Stefano Alberti. The airfoil under investigation is the NACA 4412, that is a very popular choice for a large number of conventional aircraft. Moreover, Elisa Viganò performed a CFD analysis on the airfoil NACA 0015, through ANSYS FLUENT, considering a fixed deflection of the flap. Results are compared to experimental data and the ones obtained by XFOIL. A good agreement is obtained with experimental ones.

I flap passivi autoazionanti sono dispositivi biomimetici, montati sul dorso di un’ala, sviluppati per ottenere incrementi nel valore della portanza ad alti angoli di attacco ritardando lo stallo. Il loro funzionamento è basato su un controllo passivo dello strato limite sul dorso dell’ala, ottenuto attraverso la riduzione del gradiente di pressione avverso. Per ottenere tale effetto è fondamentale la separazione della zona di ricircolazione al bordo d’uscita dalla zona di corrente a potenziale. Tale separazione è garantita dalla presenza sul dorso dell’ala dei suddetti flap, i quali devono essere mobili, dovendosi adattare alla diversa dimensione della ricircolazione al variare dell’angolo d’attacco. Il seguente studio si avvale dell’impiego di una galleria del vento per indagare l’utilizzo di questi flap su un profilo NACA 0015 a Reynolds=200000, con particolare attenzione prestata all’influenza del posizionamento e delle dimensioni. Un’ulteriore analisi è stata condotta utilizzando il software libero Xfoil, sviluppato dal Professor Drela, per verificare l’attendibilità dei dati ottenuti. Successivamente alla laurea di Stefano Alberti, la seconda tesista Elisa Viganò ha provveduto ad ampliare le prove sperimentali, conducendo prove ed esperimenti anche su un profilo NACA 4412, per verificare l’applicabilità del dispositivo di flap ad un caso di maggior impiego aeronautico. Elisa Viganò ha inoltre provveduto ad eseguire un’analisi CFD preliminare sul profilo NACA 0015, simulando la presenza del flap, seppure con deflessione fissa, tramite l’impiego del software ANSYS FLUENT. I risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli forniti dal programma XFOIL e con le misure sperimentali, ottenendo un buon accordo in particolare con questi ultimi.