scholarly journals The Progress of Aerodynamic Mechanisms Based on Avian Leading-Edge Alula and Future Study Recommendations

Aerospace ◽  
2021 ◽  
Vol 8 (10) ◽  
pp. 295
Author(s):  
Han Bao ◽  
Bifeng Song ◽  
Wenqing Yang ◽  
Jianlin Xuan ◽  
Dong Xue

Birds in nature have many unique devices to help them acquire excellent flight abilities under various complex flight conditions. One of the unique devices is the leading-edge alula, located at the junction of the arm wing and the hand wing of most birds. It often spreads out during takeoff and landing, probably playing a similar role to high-lift devices in fixed-wing aircraft. This paper analyzed and reviewed the results of current research on leading-edge alula, finding some important factors, such as the complex flapping motions, flexibility, and the plane and section shape of the wing, that have been ignored in current research to a certain extent. These would greatly affect the conclusions obtained. Hence, for a deeper understanding of the aerodynamic mechanisms and functions of the alula, some new study predictions for future research are presented. In addition, the feasible models and methods for further research based on these predictions are discussed and proposed. For example, the higher-accuracy LES or hybrid LES/RANS method and the combinations of these methods with wind-tunnel experiments using PIV technology are recommended.

2020 ◽  
Vol 64 (1-4) ◽  
pp. 1217-1226
Author(s):  
Dawei Li ◽  
Guijuan Li ◽  
Lin Sun ◽  
Yunfei Chen

The effects of smart-material-based active surface perturbation (i.e. piezo-ceramic actuators) on wall shear stress and noise metric have been investigated by simulations and wind tunnel experiments. A periodic vibration through the application of piezo-ceramic actuators is imposed on the surface of a plate, and the vibration position is located on the upper part of the leading edge of the plate. Both the control results from simulations and experiments are close to each other, when the control parameters are the same. The simulations and wind tunnel experiments show that downstream skin-friction drag and noise metric can be reduced with the active control, and the reductions strongly depend on control parameters. Comparing with the near wall flow structures, the turbulent kinetic energy and characteristic turbulence length scale in the turbulent boundary layer can be controlled with the piezo-ceramic actuator.


2017 ◽  
Vol 16 (4-5) ◽  
pp. 326-357
Author(s):  
Nathan J Burnside ◽  
William C Horne ◽  
Kevin R Elmer ◽  
Rui Cheng ◽  
Leon Brusniak

Detailed acoustic measurements of the noise from the leading-edge Krueger flap of a 5.75% hybrid wing body aircraft model were acquired with a traversing phased microphone array in the Arnold Engineering Development Complex NFAC 40- by 80-foot wind tunnel. The spatial resolution of the array was sufficient to distinguish between individual support brackets over the full-scale frequency range of 100 to 2875 Hz. For conditions representative of landing and take-off configuration, the noise from the brackets dominated other sources near the leading edge. Inclusion of flight-like brackets for select conditions highlights the importance of including the correct number of leading-edge high-lift device brackets with sufficient scale and fidelity. These measurements support the development of a Krueger noise model which includes cove and bracket noise.


2010 ◽  
Vol 132 (3) ◽  
Author(s):  
Francesco Montomoli ◽  
Howard Hodson ◽  
Frank Haselbach

This paper presents a study of the performance of a high-lift profile for low pressure turbines at Reynolds numbers lower than in previous investigations. By following the results of Coull et al. (2008, “Velocity Distributions for Low Pressure Turbines,” ASME Paper No. GT2008-50589) on the design of high-lift airfoils, the profile is forward loaded. The separate and combined effects of roughness and wake passing are compared. On a front loaded blade, the effect of incidence becomes more important and the consequences in terms of cascade losses, is evaluated. The experimental investigation was carried out in the high speed wind tunnel of Whittle Laboratory, University of Cambridge. This is a closed-circuit continuous wind tunnel where the Reynolds number and Mach number can be fixed independently. The unsteadiness caused by wake passing in front of the blades is reproduced using a wake generator with rotating bars. The results confirm that the beneficial effect of unsteadiness on losses is present even at the lowest Reynolds number examined (Re3=20,000). This beneficial effect is reduced at positive incidence. With a front loaded airfoil and positive incidence, the transition occurs on the suction side close to the leading edge and this results in higher losses. This has been found valid for the entire Reynolds range investigated (20,000≤Re3≤140,000). Roughening the surface also had a beneficial effect on the losses but this effect vanishes at the lower Reynolds numbers, i.e., (Re3≤30,000), where the surface becomes hydraulically smooth. The present study suggests that a blade with as-cast surface roughness has a lower loss than a polished one.


1999 ◽  
Author(s):  
S. Dodbele ◽  
C. Hobbs ◽  
S. Kern ◽  
T. Ghee ◽  
D. Hall ◽  
...  

2009 ◽  
Vol 131 (3) ◽  
Author(s):  
Promode R. Bandyopadhyay

Evolution is a slow but sure process of perfecting design to give a life-form a natural advantage in a competitive environment. The resulting complexity and performance are so sophisticated that, by and large, they are yet to be matched by man-made devices. They offer a vast array of design inspirations. The lessons from swimming and flying animals that are useful to fluids engineering devices are considered. The science and engineering of this subject—termed “biorobotics” here—are reviewed. The subject, being of dynamic objects, spans fluid dynamics, materials, and control, as well as their integration. The emphasis is on understanding the underlying science and design principles and applying them to transition to human usefulness rather than to conduct any biomimicry. First, the gaps between nature and man-made devices in terms of fluids engineering characteristics are quantitatively defined. To bridge these gaps, we then identify the underlying science principles in the production of unsteady high-lift that nature is boldly using, but that engineers have preferred to refrain from or have not conceived of. This review is primarily concerned with the leading-edge vortex phenomenon that is mainly responsible for unsteady high-lift. Next, design laws are determined. Several applications are discussed and the status of the closure of the gaps between nature and engineering is reviewed. Finally, recommendations for future research in unsteady fluids engineering are given.


2011 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 87-102 ◽  
Author(s):  
Andrea Farsang ◽  
József Szatmári ◽  
Gábor Négyesi ◽  
Máté Bartus ◽  
Károly Barta

Összefoglalva megállapítható, hogy nagyobb szélsebesség hatására több talajanyag erodálódott, és ezzel együtt megnőtt az áthalmozott tápanyag mennyisége is. Minden vizsgált szélsebesség esetében a szélerózió következtében 3–7%-kal megnőtt az 1 mm és annál nagyobb szemcsék, illetve aggregátumok aránya a kiindulási talajanyag felső 0–1 cm-es rétegében. A finomabb szemcse-, illetve aggregátum-átmérők esetén a fújatást követően csökkenést tapasztaltunk. A leginkább a 315 μm és az annál kisebb szemcsék aránya csökkent, átlagosan 1–2%-kal. A minták kémiai és fizikai elemzéseiből megállapítható, hogy a láda utáni humuszosabb, aggregátumosabb szerkezetű minták N-tartalma nagyobb, mint az alapmintáé. A fogók mintáiban nem tapasztaltunk feldúsulást egy vizsgált elem esetében sem, a fogókban összegyűlt talajanyag kálium- és foszfortartalma is kisebb volt, mint az alapmintáé. Ennek oka, hogy az itt csapdázódott üledékben kisebb a tápanyag-megkötődés helyéül szolgáló leiszapolható rész aránya, mint a kiindulási talajanyagban. A vizsgálatainkból látszik, hogy a szélerózió hatására a lebegtetve, illetve ugráltatva áthalmozott talajszemcsékkel és aggregátumokkal szállított humusz 500–3500 kg/ha nagyságrendben mozoghat a vizsgált csernozjom területen akár egyetlen szélesemény hatására is. A kálium-áthalmozódás mértéke elérheti a 100 kg/ha értéket, a foszforé a 70 kg/ha-t, a nitrogénveszteség mértéke pedig akár 200–300 kg/ha is lehet egy szélesemény alkalmával. E tápanyagmennyiség nagy része több száz méter, de akár kilométeres távolságokra is távozhat a területről. Az általunk végzett szélcsatornás vizsgálatok eredményei becslésnek tekinthetők, hiszen vizsgálatunk során növénymaradvány-mentes, szitált és légszáraz talajanyaggal dolgoztunk. A szitálás eredményeként csupán a 2 mm-es és annál kisebb aggregátumok maradtak meg, ami azonban az intenzív művelés alá vont, porosodott, leromlott szerkezetű talajfelszín körülményeit jól közelíti. Ugyanakkor a természetben zajló széleróziós eseményeknek a szélcsatorna-kísérlet csak leegyszerűsített modellváltozata, hiszen az általunk szimulált szélesemények 15 percig tartottak, s nem tudtunk széllökéseket előállítani, melyek a széleróziós események alakulásában nagy jelentőségűek. Ennek tudatában kell a kapott eredményeket értékelni, mégis érdemes velük foglalkozni. A terepi mérésekkel szemben a szélcsatornában végzett vizsgálatoknak éppen az a legfontosabb előnye, hogy ellenőrzött, kontrollált körülmények között végezzük a méréseket, így rengeteg olyan szempontot meg tudunk vizsgálni, amit terepi mérésekkel lehetetlen lenne. Ilyen szempontok a pontos szélsebesség és szélirány hatása, az erodált felület nagysága és tulajdonságai. Kutatásunk következő lépése a szélcsatornás kísérletekkel vizsgált mintaterületeken terepi, mobil szélcsatornás vizsgálatok végzése, valamint terepi üledékcsapdák elhelyezésével a valós szélesemények által elszállított talaj mennyiségének és minőségének meghatározása. Célunk mind pontosabb képet alkotni a hazai jó minőségű csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagveszteségének mértékéről. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szerves anyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő időben, nem megfelelő nedvességviszonyok mellett történő talajművelés következtében kialakuló szerkezetromlás (porosodás) miatti deflációs károk milyen tápanyagveszteséggel járhatnak együtt.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document