Metodo sperimentale per la valutazione del coefficiente di resistenza aerodinamica di un profilo alare in condizioni di stallo dinamico

In order to complete the characterization of the loads acting on a pitching airfoil, this work present a new experimental procedure with the aim to evaluate the total aerodynamic drag during its motion. Two main conditions are investigated, corresponding to Light Dynamic Stall and Deep Dynamic Stall regimes. A particular experimental setup designed for dynamic stall tests is used. The test model reproduces a full scale retreating blade section at 75% radius of a helicopter rotor in high speed forward flight. The airfoil section chosen is NACA 23012. Total aerodynamic drag is evaluated through the momentum equation in undisturbed velocity direction, obteined from bidimensional unsteady Navier-Stokes equations in the integral form for a viscous fluid with constant density. Phase averaging becomes a necessary operation to be done, in order to have acceptable statistical results for the periodic problem in consideration. The different terms composing the balance equation are determined on a bidimensional domain encolsing the flow around the airfoil. A Hot-Wire Anemometry instrumentation is used to measure the velocity components upstream and downstream the blade model. Pressure terms are calculated on the basis of velocity data and wall pressure measurements made by unsteady transducers. Using the differential momentum equation in the direction perpendicular to the undisturbed velocity the vertical pressure gradient can be evaluated first and then integrated. The experimental procedure outlined in this work represents an interesting and alternative method for aerodynamic loads evaluation and it can be the starting point for further scientific studies.

Per completare la caratterizzazione aerodinamica di un profilo in moto sinusoidale attorno all’asse di beccheggio in condizioni di stallo dinamico, questo lavoro presenta una procedura sperimentale innovativa finalizzata a valutarne la resistenza aerodinamica totale, nell’intero ciclo di oscillazione. Si indaga il fenomeno di interesse in due distinte condizioni, corrispondenti rispettivamente a un regime di Light Dynamic Stall e un regime di Deep Dynamic Stall. Viene utilizzato un apparato sperimentale progettato appositamente per campagne di misura relative allo stallo dinamico. Il modello di prova vuole rappresentare in scala reale la sezione posta al 75% del raggio della pala retrocedente di un rotore di elicottero in volo avanzato ad elevata velocità. Il profilo utilizzato è il NACA 23012. La resistenza aerodinamica totale è stimata attraverso l’equazione di bilancio integrale di quantità di moto nella direzione della velocità asintotica, ricavata a partire dalle equazioni di Navier-Stokes per un fluido viscoso a densità costante, applicate a un caso bidimensionale non stazionario. L’operazione di media di fase risulta indispensabile per una corretta elaborazione statistica dei dati misurati, data la periodicità del problema trattato. I diversi contributi sono valutati sul contorno di un dominio bidimensionale di misura identificativo del campo di moto attorno al profilo alare. Tale operazione richiede la misura delle componenti di velocità a monte e a valle del profilo, effettuata con una strumentazione anemometrica a filo caldo. Anche i termini integrali dipendenti dalla pressione sul contorno del dominio possono essere valutati sulla base dei dati di velocità della misura di pressione a parete mediante trasduttori non stazionari. Sfruttando l’equazione di bilancio della quantità di moto in direzione perpendicolare alla velocità asintotica è infatti possibile ricavare il gradiente di pressione nella medesima direzione, per poi procedere con una successiva operazione di integrazione. La metodologia presentata si propone come un’interessante alternativa alle consuete tecniche di misura delle forze aerodinamiche in galleria del vento e può al contempo fornire diversi spunti per eventuali studi di approfondimento in ambito di ricerca scientifica.