Retreating blade dynamic stall

In the aim of research about dynamic stall control for helicopter performance improvement, the present work describes a new experimental-numerical activity carried out on oscillating airfoils. A new experimental rig has been designed consisting in a blade section model supported by a motorized strut that can move it in pitch around its quarter chord. The design and performance of the experimental rig have been purposely conceived to reproduce the deep dynamic stall condition of a full-scale retreating rotor blade section at 75% radius at high forward flight speed. Several measurement techniques as fast unsteady pressure measurements and PIV has been employed to completely characterise the time dependent flow field. The analysis of the comprehensive data set enabled to improve the description of the main features that characterise the dynamic stall phenomenon for a NACA 23012 airfoil in the different regimes described in the literature. Moreover, a preliminary assessment of the dynamic stall phenomenon modeling capabilities, comparing numerical CFD models against the experimental results, is presented. After the experimental activity on the clean blade section, the experimental rig has been employed to test passive control systems for dynamic stall control, as self-activated movable flaps and Gurney flaps, both on a NACA 23012 and on a NACA 23015 blade section model. The results of the experimental investigation on the passive control devices illustrate the capabilities and the limitations in terms of blade performance improvement of the tested trailing edge devices and suggest the way to control such devices by means of an active system in order to get a better contribution for dynamic stall alleviation.

Nell'ambito della ricerca riguardo il controllo dello stallo dinamico volto al miglioramento delle prestazioni dell'elicottero, il presente lavoro descrive una nuova attività numerico-sperimentale sui profili oscillanti. Una nuova attrezzatura sperimentale, costituita da un modello di sezione di pala movimentata in beccheggio da un braccio motorizzato, è stata progettata per eseguire prove in galleria del vento in condizioni di stallo dinamico. Le prestazioni dell'attrezzatura permettono di riprodurre le condizioni di stallo dinamico su una sezione di pala retrocedente in scala 1:1 al 75% di raggio del rotore in volo avanzato spinto. Diverse tecniche sperimentali, quali misure di pressione non-stazionarie e PIV, sono state utilizzate per caratterizzare nel dettaglio il campo di moto fortemente dipendente nel tempo. L'analisi della cospicua base di dati sperimentale ha permesso di migliorare la descrizione del fenomeno dello stallo dinamico per un profilo NACA 23012 nei diversi regimi descritti in letteratura. Inoltre, è stata condotta un'attività preliminare riguardante le capacità di modellazione del fenomeno dello stallo dinamico attraverso il confronto dei risultati sperimentali con i risultati di simulazioni numeriche condotte su modelli bidimensionali. In seguito, l'attrezzatura sperimentale è stata utilizzata per provare dispositivi di controllo di tipo passivo quali alette di bordo d'uscita e Gurney flap su due modelli di pala con profilo NACA 23012 e NACA 23015. I risultati dell'indagine sperimentale hanno mostrato le capacità ed i limiti di tali dispositivi di bordo d'uscita riguardo il miglioramento delle prestazioni della pala suggerendone le modalità di controllo attraverso un sistema di tipo attivo per ottenere un contributo positivo in termini di riduzione degli effetti dello stallo dinamico.