Conceptual design of a transonic ejector-driven wind tunnel

A wind tunnel facility is located inside one of the Prometée laboratories of the ISAE ENSMA (École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique) at Poitiers. Such wind tunnel, despite having the same configuration of a classical closed-loop compressible tunnel, is fed by an ejector, instead of an engine compressor. An ejector is a convergent-divergent nozzle, which expands pressurized air coming from an external storage building into the interior of the facility; this flow drags also the surround ing air (inside the wind tunnel) in motion because of viscous tangential forces, therefore the partial cycling process can start. The objective of this study is to verify, theoretically, the feasibility of a transonic flow settling (Mach number between 0.8 and 1.2) inside the test section. The work is struc tured into three parts. First of all, a thorough literature review is carried out, aiming to find a proper test section design state of the art for transonic wind tunnels. Then, a quasi one-dimensional steady modeling of the entire circuit is conceived, in order to check which total pressure has to be injected inside the wind tunnel, in order to have a transonic vein inside the test section. For this purpose, in the third part a MATLAB algorithm has to be developed, leading to a set of possible test chamber flow velocities for different feeding total pressure; here, the mass flow rate is checked whether being sufficient for the target of this project. The results demonstrate that a sonic Mach number stream could be delivered, despite the total pressure losses caused mainly by shock waves and their reflections on the walls. Be side it, the development of an experiment focused on transonic airfoils requires a further study of the test section design of the walls, and the related required suction, which should be based on the transonic tunnels design state of the art reported in the first chapter.

Una galleria del vento a circuito chiuso è situata all’interno di uno dei laboratori Prometée dell’ISAE-ENSMA (École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique) a Poitiers. Tale galleria, nonostante abbia la medesima configurazione di una classico impianto com primibile a circuito chiuso, è alimentato da un eiettore, invece che da un compressore. Un eiettore è un ugello convergente-divergente, che espande aria pressurizzata, proveniente da un edificio di stoccaggio esterno, all’interno dell’impianto; questo flusso trascina con se l’aria inizialmente in quiete (all’interno dellla galleria) per via di forze viscose tangenziali, quindi il processo di parziale riciclo può avere luogo. L’obiettivo di questo studio è di verificare, teoricamente, la possibilità di sviluppare un flusso transonico (numero di Mach tra 0.8 e 1.2) all’interno della camera di prova. La trattazione è strutturata in tre parti. Per prima cosa, una completa revisione bibliografica è effettuata, con lo scopo di fornire un corretto stato dell’arte per la progettazione della camera di prova in una galleria del vento transonica. Successivamente, una modelliz zazione quasi monodimensionale e stazionaria è realizzata per analizzare la quantità di pressione totale che deve essere immessa all’interno dell’impianto allo scopo di realizzare una vena transonica nella camera di prova. A questo scopo, nella terza fase un codice MATLAB deve essere sviluppato, fornendo un insieme di informazioni sulle possibili ve locità del flusso corrispondenti a differenti pressioni totali di alimentazione; qui, viene controllato che la portata massica sviluppata sia sufficiente per l’avviamento del flusso transonico. I risultati dimostrano che una corrente sonica può essere prodotta, nonostante le perdite di carico, provocata principalmente dalle onde d’urto e dalle loro riflessioni sulle pareti. Oltre a ciò, lo sviluppo di un esperimento su profili transonici richiede un ulteriore studio approfondito sulla progettazione delle pareti in camera di prova, basandosi sullo stato dell’arte relativo alla progettazione di camere di prova per flussi transonici riportato nel primo capitolo. In particolare, l’aspirazione necessaria in camera di pieno deve essere studiata.