aerodynamickÁ optimalizace nÁvrhu trupu letounu ev …

FAKULTA STROJNÍHO INENÝRSTVÍ LETECKÝ ÚSTAV
FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AEROSPACE ENGINEERING
AERODYNAMICKÁ OPTIMALIZACE NÁVRHU TRUPU LETOUNU EV 007 SPORTSTAR
DESIGN OF AERODYNAMIC OPTIMIZATION OF AIRCRAFT EV 007 SPORTSTAR FUSELAGE
DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS
VEDOUCÍ PRÁCE Ing. ROBERT POPELA, Ph.D. SUPERVISOR
BRNO 2008
Letecký ústav Akademický rok: 2007/08
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
student(ka): Lajza Ondrej
obor: Letadlová technika (2301TO04)
Reditel ústavu Vám v souladu se zákonem c.11111998o vysokých školách a se Studijním a zkušebním rádem VUT v Brne urcuje následující téma diplomové práce:
Aerodynamická optimalizace návrhu trupu letounu EV 007 Sportstar
v anglickém jazyce:
Design of Aerodynamic Optimization of Aircraft EV 007 Sportstar Fuselage
Strucná charakteristika problematiky úkolu:
Provedte aerodynamickou optimalizaci prvotního návrhu trupu letounu EV 007 Sportstar. Zpracujte analýzu klícových oblastí trupu a prechodu na nosné plochy z hlediska vlivu na odpor v reimu maximální rychlosti. Navrhnete úpravy prvotního tvaru návrhu trupu a zhodnotte jejich predpokládaný prínos ve zvýšení maximální rychlosti letounu Vh. Pri navrhovaných úpravách trupu respektujte zachování prostoru pro posádku a charakter ocasních ploch.
Cíle diplomové práce:
Vytipování kritických zdroju odporu na trupu a prechodech krídlo-trup u letounu EV 007 Sportstar. Návrh úprav pro zvýšení maximální rychlosti vodorovného letu, analýza efektivnosti moných úprav.
I I
Seznam odborné literatury:
[1] Hoerner S.: Fluid Dynamic Drag [2] Hoerner S., Borst V.: Fluid Dynamic Lift [2] Fluent users manual
Vedoucí diplomové práce:Ing. Robert Popela, Ph.D.
Termín odevzdání diplomové práce je stanoven casovým plánem akademického roku 2007/08.
V Brne, dne 26.11.2007
Reditel ústavu
Dekan fakulty

Abstract
The diploma thesis deal with CFD based a to the aerodynamic optimalization of a fuselage and a wing fuselage junction of LSA category aircraft EV 007. Software Fluent is used.
Keywords

Bibliografická citace
Lajza, O. Aerodynamická optimalizace návrhu trupu letounu EV 007 Sportstar. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inenýrství, 2008. 64 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Robert Popela, Ph.D.
Prohlášení autora o pvodnosti práce
Prohlašuji, e jsem byl seznámen s pedpisy pro vypracování diplomové práce a e jsem celou diplomovou práci, vetn píloh, vypracoval samostatn s pouitím uvedené literatury.
V Brn dne 23.05.2008
Podkování
Chtl bych podkovat mým rodim za podporu ve studiu. Velké díky patí vedoucímu diplomové práce Ing. Robertu Popelovi, Ph.D. za jeho pístup, trplivost a za cenné rady v oblasti CFD výpot a aerodynamiky. Dále dkuji Ing. Petru Doupníkovi za vyerpávající rady pi tvorb výpoetní sít. A v neposlední ad všem pracovníkm Leteckého ústavu.
FSI VUT v Brn Letecký ústav Aerodynamická optimalizace návrhu trupu letounu EV 007 Sportstar
V Brn 23. 05. 2008 Ondej Lajza 1
Obsah
2.2. Tvorba výpoetní sít DLR F4 .................................................................................... 5
2.2.1. Sí s tetraedrálními prvky ..................................................................................... 6
2.2.2. Sí s prizmatickými prvky na kídle ....................................................................... 7
2.2.3. Sí s prizmatickými prvky na celém modelu ......................................................... 7
2.3. Výpoet kalibraní úlohy ............................................................................................. 7
2.3.1. Výpoet sít s tetraedrickými prvky ..................................................................... 7
2.3.2. Výpoet sítí s prizmatickými prvky ....................................................................... 8
2.4. Vyhodnocení DLR F4 .................................................................................................. 8
2.4.1. Vyhodnocení integrálních veliin ......................................................................... 8
2.4.2. Vyhodnocení lokálních veliin ............................................................................ 11
2.4.3. Kontrola výpotu mezní vrstvy ........................................................................... 13
2.5. Závr .......................................................................................................................... 13
3.1. Popis letounu ............................................................................................................. 14
3.2. Technická data ........................................................................................................... 14
3.3. Úprava geometrie ...................................................................................................... 16
3.5. Výpoet letounu EV 97 – SportStar SL ....................................................................... 20
3.6. Vyhodnocení prvotního návrhu ................................................................................. 22
3.6.1. Vybrání kritického místa a rozbor problému ..................................................... 22
3.7. Úprava pechodu ....................................................................................................... 24
3.8. Porovnání upraveného pechodu s pvodním pechodem pi 4° pi maximální rychlosti v horizontu ............................................................................................................. 26
3.9. Komplexní srovnání pvodního a upraveného pechodu pi maximální horizontální rychlosti ................................................................................................................................ 28
3.9.1. Vztlaková ára .................................................................................................... 29
3.9.2. Polára .................................................................................................................. 30
3.9.3. Klouzavost .......................................................................................................... 33
3.10. Stoupací reim ........................................................................................................ 34
3.10.1. Porovnání upraveného pechodu s pvodním pechodem pi 6° pi maximální stoupavosti ...................................................................................................... 35
3.10.2. Vztlaková ára ................................................................................................. 37
8. Seznam píloh ................................................................................................................... 44

1. Úvod
Hlavním cílem diplomové práce je definovat moné úpravy vedoucí ke sníení odporu a tím i zvýšení rychlosti letu. Dnešní zákazník od letounu oekává, e bude létat rychle a pitom úsporn. Jedna z cest je minimalizovat odpor na co nejmenší míru. V pípad letounu EV 97 SportStar SL se úpravy vedoucí ke sníení odporu budu týkat pedevším trupu a pechodu kídlo trup.
K nalezení vhodných úprav byl pouit program Fluent, který patí k jednomu z nejrozšíenjších CFD programm. Výhoda CFD spoívá pedevším v tom, e je mono ve spojení s CAD systémem a patiným výpoetním výkonem propoítat mnoho variant úprav trupu a pechodu kídlotrup, ne se najde optimální varianta.
Základem CFD metod je ešení NavierStokesových rovnic. Tyto rovnice jsou ešeny numericky pomocí metody konených objem. Pokud se eší turbulentní proudní, je teba k rovnicím pidat rovnice turbulentního modelu. Volba modelu turbulence je dleitá a to z toho dvodu, e kadý model turbulence se hodí na jiný typ úloh. Model turbulence pidává k rovnicím nejmén jednu další rovnici. Pro výpoty proudní v letectví byl vyvinut model turbulence SpalartAllmaras, který pidává k rovnicím jednu rovnici.
Z výše uvedených dvod je problémem CFD výpot správnost výsledk. Se zkušenostmi v oblasti aerodynamiky a CFD program vzrstá správnost výsledk. Proto byla spolen s Jiím Hradilem a Michalem Šrtkem ešena nejprve kalibraní úloha.
2. Kalibraní úloha
Kalibraní úloha byla poítána z dvod seznámení se s potebnými programy a taky k ovení správnosti výsledk. V neposlední ad i proto, aby byla ujasnna nkteré pravidla, které by mla výpoetní sí splovat a jak by se mlo postupovat pi zadávání výpotu.
Pi výpotu kalibraní úlohy byly zohlednny i rzné varianty výpoetní sít.
Jako kalibraní úloha byl poítán model DLR F4, který slouí jako validaní úloha CFD program. A taky k tomu, aby si uivatelé CFD program ovili, jak pesných výsledk jsou schopni dosáhnout pi svých znalostech v oblasti CFD. Tento model byl men v nkolika evropských aerodynamických tunelech.
2.1. Popis modelu DLR F4

2.2. Tvorba výpoetní sít DLR F4
Výpoetní sí byla vytvoena pomocí programu ICEM CFD.

• Import geometrického modelu • Rozdlení ploch a kivek na ásti • Vyištní modelu od nepotebných kivek a bod • Piazení ploše velikost element • Výpoet sít • Vytvoení prizmatických prvk * • Výpoet prizmatických prvk * • Rozdlení prizmatických prvk * • Peskládání prizmatických prvk * • Vyhrazení sít • Kontrola sít • Definice okrajových podmínek • Export sít
Pozn.: * pouze v pípad prizmatické sít

2.2.1. Sí s tetraedrálními prvky

Obr. 2: Velikost element
Legenda k obrázku 2 barva velikost oranová 100 modrá 300 Na odtokové hran kídla jsou pouity elementy o velikosti 20
Celkový poet element je 925 707.

2.2.2. Sí s prizmatickými prvky na kídle
Prizmatické prvky jsou pouity pouze na kídle. Sí vychází z pedešlé sít s tetraedrálními prvky. Bylo zde pidáno 10 vrstev prizmatických prvk. Celkový poet element je 1 282 581.
2.2.3. Sí s prizmatickými prvky na celém modelu

2.3. Výpoet kalibraní úlohy

Byly nastaveny následující parametry:

2.3.2. Výpoet sítí s prizmatickými prvky
Nastavení výpotu obou prizmatických sítí je identické. Parametry výpotu jsou a na výjimky stejné jako v pípad sít s tetraedrálními prvky.
Rozdílné parametry:
2.4. Vyhodnocení DLR F4

Mezi nejvýznamnjší integrální veliiny patí souinitele: vztlaku, odporu a klopivého momentu. Hodnoty, které byly vypoítány CFD výpotem, byly porovnány s mením v tunelu ONERA S2MA.
Na grafech 1, 2 a 3 jsou zaneseny hodnoty souinitel pro dané typy sítí.

tetraedrální sí
c l [ ]
prizmatická sí kídlo prizmatická sí celé
Graf 2: Polára

c l [ ]
prizmatická sí kídlo prizmatická sí celé
Graf 3: Momentová ára
tetraedrální sí 38.160 10.847 80.101 prizmatická sí kídlo 13.885 41.571 38.965 prizmatická sí celé 14.257 39.496 37.829
Tab. 1: Hodnoty odchylek

10
2.4.2. Vyhodnocení lokálních veliin

Obr. 4: Poloha ez pro mení rozloení tlaku
V grafu 4 je srovnání rozloení souinitele tlaku. V tomto srovnání není sí s tetraedrálními prvky. A to z dvodu, e tento prvek není schopen popsat chování mezní vrstvy.
V Brn 23. 05. 2008 Ondej Lajza
11

1.5
1
0.5
0
0.5
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1c p [ ]
hloubka
referenní data prizmy kídlo prizmy celé
Graf 4 Rozloení cp v ezu 3
Z grafu 4 je vidt, e na spodní stran profilu se rozloení cp velmi blíí namenému v tunelu. Na horní stran tomu ji tak není, zde jsou vtší odchylky od hodnot namených v tunelu, ale tvar rozloení je podobný. Odchylky jsou zpsobeny tím, e na horní stran kídla dochází k lokálnímu nadzvukovému proudní viz. obrázek 5.
12
Obr. 5: Machovo íslo
2.4.3. Kontrola výpotu mezní vrstvy

2.5. Závr

13
3. Letoun EV 97 SportStar SL
V dob zadání nebylo známo pesnjší oznaení letounu. V zadání diplomové práce je uveden letoun EV 007 Sportstar, momentáln se letoun jmenuje EV 97 SportStar SL.
3.1. Popis letounu
Letoun EV 97 SportStar SL je následovníkem pedchozího letounu EV 97 Sportstar vyrábný firmou Evektor Aerotechnik. Jedná se o celokovový, dolnoplošný letoun kategorie LSA. Letoun slouí ke sportovnímu létání a také k výcviku pilot. Pedchozí typ patí k nejúspšnjším letounm této kategorie.
3.2. Technická data
Rozptí 8,65 m
Délka 5,98 m
Výška 2,33 m
Maximální rychlost v horizontu 213 km/h

14

15
3.3. Úprava geometrie

16
Obr. 11: Upravená geometrie Obr. 11: Upravená geometrie

3.4. Tvorba výpoetní sít

17
Tvarov je letoun sloitý. Na obrázcích 13 a 14 ukázáno, jak byly jednotlivé ásti letounu pojmenovány. Vdy stejná barva patí stejným prvkm letounu.
trup
pechod
vstup #2
18

19
3.5. Výpoet letounu EV 97 – SportStar SL
Letoun byl poítán pi úhlech nábhu 4°, 0° a 4°, protoe v rozmezí tchto úhl nábhu se dá oekávat reim, pi kterém letoun dosahuje maximální rychlosti v horizontálním letu. Pozdji byly pidány úhly nábhu 6° a 8°. A to z toho dvodu, aby bylo schopno pesnji urit reim, ve kterém letoun dosahuje maximální horizontální rychlosti.

20
21
intenzita turbulence 0,1 %
intenzita turbulence 10 %
Pouité okrajové podmínky
kídlo, trup Wall
výstup Presure inlet

3.6. Vyhodnocení prvotního návrhu

3.6.1. Vybrání kritického místa a rozbor problému

22
kritické místo
Obr. 18: Statický tlak
Uprosted hloubky profilu dochází k náhlému zvýšení statického tlaku. Toto místo je na obrázku 18 oznaeno jako kritické místo. Pechod kídlo trup pracuje jako difuzor. Pro jeho správné fungování musí postupn docházet k nárstu tlaku a poklesu rychlosti. Postupné zvyšování tlaku se dosáhne tak, e se bude pechod smrem dozadu rozšiovat. Zvyšování tlaku by mlo být pozvolné.

23
3.7. Úprava pechodu
Po rozboru problému a prostudování podklad [2], [4], [5], [6], [7], [8] a [9] byl pechod upraven podle doporuení. Tvar pechodu není nijak pevn definován, jsou jen dána jistá doporuení. Geometrie pechodu je pro kadou konfiguraci letounu jiná. Mimo jiné záleí i na tom, jaký má letoun píný prez trupu, jak se tento prez po délce mní. Vdy je pechod nutné postupn upravovat podle rozloení statického tlaku. Rozšiování pechodu by mlo zaínat v maximální tloušce profilu. Zadní ást pechodu by mla být dostaten protáhlá dozadu, aby nedocházelo v zadní ásti k odtrhávání proudní.

24

Obr. 22: Upravený pechod
Na obrázku 22 je upravený pechod, kde je vidt ve srovnání s obrázkem 21, e se pechod smrem dozadu rozšiuje a v zadní ásti je výraznji protáhlý dozadu.
25
3.8. Porovnání upraveného pechodu s pvodním pechodem pi 4° pi maximální rychlosti v horizontu
Srovnání pi úhlu nábhu 4°

26
Upravený pechod má vyšší souinitel odporu ne v pípad pvodní verze a to o 14 %. Dále došlo ke zvýšení souinitele vztlaku na pechodu o 65 %.
Díky pechodu došlo i ke zvýšení souinitele vztlaku na kídle o 10%. Na trupu došlo k poklesu souinitele odporu o 11 %.
Celkov je souinitel vztlaku vyšší o 3,5 %, souinitel odporu je niší o 0,8 % a souinitel klopivého momentu se zvýšil o 26 %. Pokud se porovná klouzavost, tak došlo ze zvýšení o 4,4 %.
Z porovnání integrálních veliin je patrno, e úpravou pechodu dochází ke zmnám na trupu i na kídle.
4 pvodní pechod
cl cd cm cl/cd kídlo 0.786760 0.059478 0.090290 13.227811 pechod 0.011574 0.002515 0.001668 4.602075 trup 0.074733 0.010906 0.000086 6.852502 celkové 0.873067 0.072899 0.092044 11.976450
upravený pechod kídlo 0.865856 0.059724 0.098056 14.497586 pechod 0.019057 0.002862 0.004361 6.658248 trup 0.019057 0.009720 0.013150 1.960543 celkové 0.903970 0.072307 0.115567 12.501901
rozdíly (upravený pvodní) kídlo 0.079096 0.000246 0.007766 1.269775 pechod 0.007483 0.000347 0.002693 2.056174 trup 0.055676 0.001186 0.013064 4.891959
celkové 0.030903 0.000592 0.023523 0.525451 procentuální rozdíl vi pvodnímu
kídlo 10.05 0.41 8.60 9.60 pechod 64.65 13.80 161.39 44.68 trup 74.50 10.87 15159.49 71.39 celkové 3.54 0.81 25.56 4.39 Tab. 2: Porovnání pechod
4 pvodní pechod
cd,tlak cd,tecí cd kídlo 0.052865 0.006613 0.059478 pechod 0.002392 0.000123 0.002515 trup 0.007251 0.003655 0.010906 celkové 0.062508 0.010391 0.072899 upravený pechod kídlo 0.052991 0.006733 0.059724 pechod 0.002705 0.000157 0.002862 trup 0.005860 0.003860 0.009720 celkové 0.061557 0.010750 0.072307 rozdíly (upravený pvodní) kídlo 0.000126 0.000120 0.000246 pechod 0.000314 0.000033 0.000347 trup 0.001391 0.000205 0.001186 celkové 0.000951 0.000359 0.000592 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 0.24 1.82 0.41 pechod 13.12 27.17 13.80 trup 19.18 5.62 10.87 celkové 1.52 3.46 0.81
Porovnáním jednotlivých sloek odporu je vidt, e upravený pechod má o 27 % vyšší tecí odpor a o 13 % vyšší tlakový odpor proti pvodnímu pechodu. Toto zvýšení je zpsobeno tím, e upravený pechod má vtší omoenou plochu proti pvodnímu pechodu.
U trupu došlo pi pouití upraveného pechodu ke sníení tlakového odporu o 19 %. Toto sníení je zpsobeno tím, e se odstranilo odtrení proudu.
Celkov došlo ke sníení tlakového odporu o 1,5 % a ke zvýšení tecího odporu o 3,5 %. Ovšem tecí odpor je o ád niší ne tlakový odpor. U trupu jsou oba odpory ádov stejn velké. To je dáno tím, e trup má velkou omoenou plochu oproti pechodu a kídlu.
Tab. 3: Porovnání sloek souinitele odporu
27
3.9. Komplexní srovnání pvodního a upraveného pechodu pi maximální horizontální rychlosti
Aby bylo mono vykreslit z vypotených dat vztlakovou áru a poláru bylo poteba urit vyváený souinitel vztlaku. Postup výpotu vyváeného souinitele je následující:
mentu

Pi výpotech je teba zohlednit smysl klopivého momentu viz. obrázek 27. Dle tohoto obrázku je kladný smr klopivého momentu na „ hlavu“. V pípad pouití letadlového souadného systému je kladný smr klopivého momentu na „ ocas“.
V tabulkách 2, 3, 5 a 6 je kladný smr klopivého momentu na „hlavu“. V pílohách 2 a 5 je kladný smt klopivého momentu na „ ocas“
Kladný smr klopivého momentu na „ hlavu“ je dán orientací modelu. Dokud se s vypotenými daty pracuje dále a slouí nap. k výpotm zatíení, tak je teba, aby se pouívalo jednotného letadlového souadného systému, proto je v tabulkách v pílohách otoný smysl momentu.
Obr. 27: Orientace modelu
28
Ondej Lajza
3.9.1. Vztlaková ára
0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
c l , c
Graf 5: Vztlaková ára

29
3.9.2. Polára
c l ,c
Graf 6: Polála

30

Graf 7: Zvtšená polára
Graf 7 je zvtšená oblast poláry mezi 6°a 4°, kde má letoun nejniší odpor a tím pádem dosahuje maximální rychlosti.
cl,vyv [] cd [] pvodní pechod 0.17 0.0293 upravený pechod 0.13 0.0292
procentuální rozdíl vi pvodnímu [%] 23.53 0.34 Tab. 4: Char. data pro maximální rychlost
Z tabulky 4, ve které jsou charakteristické data pro reim letu maximální horizontální rychlostí je vidt, e pi pouití upraveného pechodu dojde k poklesu odporu o 0,3 % ve srovnání s pvodním pechodem. U upraveného pechodu se bude nacházet reim maximální rychlosti na souiniteli vztlaku o 23,5 % niším, ne v pípad pvodního pechodu.
6°
4°
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.025 0.026 0.027 0.028 0.029 0.03 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035
c l , c
31

c l ,v yv [ ]
Graf 8: Sloky odporu

32
3.9.3. Klouzavost

cl ,v yv /c d [ ]
cl ,vyv []
Graf 9: Klouzavost

33
3.10. Stoupací reim

Obr. 28: Stoupací rychlosti
Z toho grafu byla urena maximální stoupavost v 0 m MSA a tomu odpovídající rychlost letu letounu. Rychlost letu, pi které je dosaena maximální stoupavost je 110 km/h. Dále bylo teba urit úhel stoupání. Úhel stoupání pi maximální stoupavosti je 11°. Ze silové rovnováhy letounu byl dopoítán souinitel vztlaku, pi kterém musí letoun lett, aby dosáhl maximální stoupavosti. Souinitel vztlaku je 1,00.

34
3.10.1. Porovnání upraveného pechodu s pvodním pechodem pi 6° pi maximální stoupavosti
Srovnání pi úhlu nábhu 6°

Porovnání odtrení proudní pi všech ešených úhlech nábhu je v píloze 6, porovnání statických tlak v píloze 7.
V tabulce 5 je srovnán upravený pechod s pvodním pechodem, další porovnání je v píloze 5. V tabulce 6 jsou porovnávány sloky odporu.
35

cl cd cm cl/cd kídlo 0.918931 0.075018 0.087592 12.249501 pechod 0.013370 0.002734 0.001553 4.890568 trup 0.078527 0.009856 0.000825 7.967696 celkové 1.010828 0.087607 0.088320 11.538164
upravený pechod kídlo 0.988878 0.075079 0.093021 13.171092 pechod 0.019593 0.003533 0.004734 5.546465 trup 0.099063 0.008864 0.009949 11.175914 celkové 1.107534 0.087476 0.107704 12.661017
rozdíly (upravený pvodní) kídlo 0.069948 0.000062 0.005428 0.921591 pechod 0.006223 0.000799 0.003181 0.655897 trup 0.020536 0.000992 0.010775 3.208218
celkové 0.096706 0.000131 0.019384 1.122853 procentuální rozdíl vi pvodnímu
kídlo 7.61 0.08 6.20 7.52 pechod 46.54 29.21 204.84 13.41 trup 26.15 10.06 1305.43 40.27 celkové 9.57 0.15 21.95 9.73 Tab. 5: Porovnání pechod
6 pvodní pechod
cd,tlak cd,tecí cd kídlo 0.068843 0.006174 0.075018 pechod 0.002614 0.000120 0.002734 trup 0.006227 0.003629 0.009856 celkové 0.077684 0.009923 0.087607 upravený pechod kídlo 0.068774 0.006305 0.075079 pechod 0.003396 0.000137 0.003533 trup 0.005050 0.003814 0.008864 celkové 0.077220 0.010256 0.087476 rozdíly (upravený pvodní) kídlo 0.000069 0.000131 0.000062 pechod 0.000781 0.000017 0.000799 trup 0.001177 0.000185 0.000992 celkové 0.000465 0.000333 0.000131 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 0.10 2.12 0.08 pechod 29.89 14.53 29.21 trup 18.90 5.09 10.06 celkové 0.60 3.36 0.15
Porovnáním jednotlivých sloek odporu je vidt, e upravený pechod má o 15 % vyšší tecí odpor a o 30 % vyšší tlakový odpor proti pvodnímu pechodu. Toto zvýšení je zpsobeno tím, e upravený pechod má vtší omoenou plochu proti pvodnímu pechodu. U trupu došlo pi pouití upraveného pechodu ke sníení tlakového odporu o 19%. Toto sníení je zpsobeno tím, e se odstranilo odtrení proudu. Celkov došlo ke sníení tlakového odporu o 0,6 % a ke zvýšení tecího odporu o 3,4 %. Ovšem tecí odpor je o ád niší ne tlakový odpor. U trupu jsou oba odpory ádov stejn velké. To je dáno tím, e trup má velkou omoenou plochu proti pechodu a kídlu.
Tab. 6: Porovnání sloek souinitele odporu
36
yv [ ]
α [°]
Graf 10: Vztlaková ára
Pokud se porovnají vztlakové áry z grafu 10 u pvodního a u upraveného pechodu, tak je zde vidt, e u upraveného pechodu dosahuje letoun souinitele vztlaku pro nejlepší stoupavost pi niším úhlu nábhu. Konkrétn u pvodního pechodu je úhel nábhu kolem 6.5°a u upraveného pechodu kolem 5°.
37
3.10.3. Polára
c l , c
stoupání
cd [] pvodní pechod 0.090 upravený pechod 0.077
procentuální rozdíl vi pvodnímu [%] 14.44 Tab. 7: Porovnání odpor
Z tabulky 5 je vidt, e u upraveného pechodu dojde ve stoupacím reimu ke sníení odporu o 14,5 %.
38

c l ,v yv [ ]
Graf 12: Sloky odporu
Z grafu 12 je vidt, e u upraveného pechodu dochází v celém rozsahu zvolených úhl nábhu k redukci dominantního tlakového odporu. Pi úhlu nábhu 8° není redukce tlakového odporu tak výrazná. To je zpsobeno tím, e i u upraveného pechodu dojde pi tomto úhlu nábhu k odtrení proudu na pechodu. Porovnání tvar odtrení je v píloze 6.
39
3.10.4. Klouzavost
c l ,v yv /c
d [ ]
cl,vyv []
Graf 13: Klouzavost
Pokud se porovná v grafu 13 klouzavost, tak je vidt, e v celém rozsahu zvolených úhl nábhu dochází k zvýšení klouzavosti. V tabulce 6 je porovnání klouzavosti pi stoupacím reimu.
cl/cd [] pvodní pechod 11.10 upravený pechod 13.90
procentuální rozdíl vi pvodnímu [%] 25.23 Tab. 8:Klouzavost
Z tabulky 8 je vidt, e pi pouití upraveného pechodu se klouzavost pi stoupacím reimu zvýší o 25 %.
V pílohách 5, 6 a 7 je porovnání pechod pi stoupacím reimu (tabulky), utrení na pechodu a rozloení statického tlaku na pechodu.
40
41
4. Závr
Diplomová práce naznauje pouze místa moných budoucích úprav trupu a pechodu kídlatrup letounu EV 97 SportStar SL.
Velkou výhodou pi hledání optimálního tvaru bylo pouití CFD metod. V minulosti bylo teba pi hledání optimálního tvaru pechodu kídlo trup zapotebí velkého mnoství mení v aerodynamickém tunelu rzných variant pechod. Tato mení by byla asov i finann velmi nároná. Vyuití CFD metod lze v krátkém ase propoítat velké mnoství variant úprav a najít tu, která nejlépe spluje dané poadavky.
V pípad prvotního návrhu letounu EV 97 – SportStar SL byl kritickým místem pechod kídlotrup, protoe došlo i pi malých úhlech nábhu k masivnímu odtrení proudní na pechodu. Pi pouití upraveného pechodu, dojde k odstranní odtrení proudní na pechodu pi malých úhlech nábhu. Díky eliminaci odtrení proudní dojde k poklesu tlakového odporu, který je dominantní slokou odporu. Dále se na kídle zvýší vztlak a výrazn se redukuje tlakový odpor na trupu letounu.
V reimu maximální rychlosti letu v horizontu dojde ke sníení odporu, ale sníení není píliš velké. K výraznjšímu zlepšení ovšem dojde pi stoupacím reimu, kde je sníení odporu a zvýšení klouzavosti dosti výrazné.

42
5. Seznam pouitých zdroj
[1] Versteeg H. K., Malalasekera W. An intruduction to Computational Fluid Dynamics
[2] Hoerner S.: Fluid Dynamick Drag, 1965
[3] Agard AR 303, A Selection of Experimental Test Cases for the Validation od CFD Codes,1994 ISBN 9283610032
[4] Naca report 575
[5] Naca report 640
[6] Naca report 641
[7] Naca report 642
[8] Naca report 678
[9] Naca report 1272
[11] IcemCFD Users Manual

43
lVOP vzdálenost VOP [m]
L vztlaková síla [N]
M Machovo íslo []

44
3. Porovnání odtrení proudní pi maximální rychlosti ........................................................... 6
4. Porovnání statického tlaku na pechodu pi maximální rychlosti .......................................... 8
5. Porovnání pechod mezi sebou pi stoupání ..................................................................... 10
6. Porovnání odtrení proudní pi stoupání ........................................................................... 12
7. Porovnání statického tlaku na pechodu pi stoupání ......................................................... 13

-6 pvodní pechod
celkové 0.082851 0.029765 -0.026574 2.783492 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo -0.020525 -0.000212 0.003777 -1.227393 pechod 0.001566 0.000041 0.001266 1.557597 trup -0.008641 0.000173 0.003744 -0.650848
celkové -0.027600 0.000002 0.003777 -0.927546 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo -19.79 -1.34 -3.94 -18.70 pechod 33.50 5.00 -43.51 27.15 trup -418.37 1.32 -7.89 -414.23
celkové -24.99 0.01 -6.01 -24.99
-8 pvodní pechod
celkové -0.065811 0.033035 -0.149613 -1.992152 upravený pechod kídlo -0.071780 0.016057 -0.088739 -4.470291 pechod 0.003568 0.000693 -0.000958 5.145627 trup -0.028737 0.016914 -0.049670 -1.699001
celkové -0.096948 0.033664 -0.139367 -2.879839 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo -0.023108 0.000027 0.004278 -1.433928 pechod 0.001807 0.000193 0.001794 1.625963 trup -0.009836 0.000409 0.004175 -0.553838
celkové -0.031137 0.000629 0.010246 -0.887687 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 47.48 0.17 -4.60 47.23 pechod 102.54 38.54 -65.20 46.20 trup 52.04 2.48 -7.75 48.36
celkové 47.31 1.91 -6.85 44.56
4
celkové 0.264280 0.030275 -0.134731 8.729336 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo -0.017202 -0.000373 0.003195 -0.656969 pechod 0.001462 -0.000064 0.000656 1.704664 trup -0.007304 -0.000004 0.003242 -0.679228
celkové -0.023045 -0.000441 0.007093 -0.624939 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo -6.69 -1.98 -3.27 -4.81 pechod 19.47 -5.52 -22.00 26.46 trup -31.99 -0.04 -7.89 -31.97
celkové -8.02 -1.44 -5.00 -6.68
0 pvodní pechod
celkové 0.628852 0.043604 -0.127117 14.421757 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo -0.009502 -0.000538 0.001920 -0.015413 pechod 0.001266 -0.000036 -0.000534 0.812491 trup -0.004266 -0.000096 0.002179 -0.421203
celkové -0.012502 -0.000669 0.003565 -0.064357 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo -1.68 -1.59 -1.92 -0.09 pechod 9.75 -1.88 18.17 11.85 trup -6.75 -1.12 -7.78 -5.70
celkové -1.95 -1.51 -2.73 -0.44
5
celkové 0.903970 0.072307 -0.115567 12.501901 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo 0.079096 0.000246 -0.007766 1.269775 pechod 0.007483 0.000347 -0.002693 2.056174 trup -0.055676 -0.001186 -0.013064 -4.891959
celkové 0.030903 -0.000592 -0.023523 0.525451 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 10.05 0.41 8.60 9.60 pechod 64.65 13.80 161.39 44.68 trup -74.50 -10.87 15159.49 -71.39
celkové 3.54 -0.81 25.56 4.39
6 pvodní pechod
celkové 1.110490 0.090497 -0.097995 12.271046 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo 0.072090 -0.000260 -0.004949 0.991418 pechod 0.006364 0.000840 -0.003281 0.682948 trup 0.020541 -0.002104 -0.009613 3.109198
celkové 0.098996 -0.001524 -0.017843 1.279045 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 7.92 -0.34 5.67 8.29 pechod 50.42 31.41 221.63 14.47 trup 23.22 -15.90 -111.50 46.51
celkové 9.79 -1.66 22.26 11.64
6
3. Porovnání odtrení proudní pi maximální rychlosti Pvodní pechod Upravený pechod
-8°
-6°
-4°
7
4. Porovnání statického tlaku na pechodu pi maximální rychlosti Pvodní pechod Upravený pechod
-8°
-6°
-4°
9
4 pvodní pechod
celkové 0.970010 0.069575 -0.122354 13.941895 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo 0.067574 0.000349 -0.006885 1.070417 pechod 0.006629 0.000326 -0.002480 1.752789 trup 0.022110 -0.000384 -0.012329 3.146767
celkové 0.096312 0.000290 -0.021695 1.331723 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 8.49 0.60 7.61 7.85 pechod 54.28 12.64 139.84 36.97 trup 33.50 -4.59 147.40 39.92
celkové 11.02 0.42 21.55 10.56
6 pvodní pechod
celkové 1.107534 0.087476 -0.107704 12.661017 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo 0.069948 0.000062 -0.005428 0.921591 pechod 0.006223 0.000799 -0.003181 0.655897 trup 0.020536 -0.000992 -0.010775 3.208218
celkové 0.096706 -0.000131 -0.019384 1.122853 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 7.61 0.08 6.20 7.52 pechod 46.54 29.21 204.84 13.41 trup 26.15 -10.06 -1305.43 40.27
celkové 9.57 -0.15 21.95 9.73
11
celkové 1.183015 0.109579 -0.124874 10.796034 rozdíly (upravený - pvodní) kídlo 0.041109 -0.000944 -0.006931 0.550212 pechod 0.004488 0.001542 -0.002668 -0.650528 trup 0.011550 -0.001061 0.002825 1.586036
celkové 0.057148 -0.000463 -0.006773 0.564719 procentuální rozdíl vi pvodnímu kídlo 4.01 -1.00 8.53 5.06 pechod 32.83 53.81 106.68 -13.64 trup 13.23 -8.24 -8.23 23.39
celkové 5.08 -0.42 5.74 5.52
12
6. Porovnání odtrení proudní pi stoupání Pvodní pechod Upravený pechod
4°
6°
8°
13
7. Porovnání statického tlaku na pechodu pi stoupání Pvodní pechod Upravený pechod
4°
6°
8°
05.1_podkování
2.2. Tvorba výpoetní sít DLR - F4
2.2.1. Sí s tetraedrálními prvky
2.2.2. Sí s prizmatickými prvky na kídle
2.2.3. Sí s prizmatickými prvky na celém modelu
2.3. Výpoet kalibraní úlohy
2.4. Vyhodnocení DLR - F4
2.4.1. Vyhodnocení integrálních veliin
2.4.2. Vyhodnocení lokálních veliin
2.5. Závr
3.1. Popis letounu
3.2. Technická data
3.3. Úprava geometrie
3.6. Vyhodnocení prvotního návrhu
3.7. Úprava pechodu
3.8. Porovnání upraveného pechodu s pvodním pechodem pi 4° pi maximální rychlosti v horizontu
3.9. Komplexní srovnání pvodního a upraveného pechodu pi maximální horizontální rychlosti
3.10. Stoupací reim
3.10.1. Porovnání upraveného pechodu s pvodním pechodem pi 6° pi maximální stoupavosti
Porovnání odtrení proudní pi maximální rychlosti
-8
-6
-4
0
4
6
-8
/-6
/-4
0
4
6
Porovnání odtrení proudní pi stoupání
4
6
8
4
/6
/8

aerodynamickÁ optimalizace nÁvrhu trupu letounu ev …

Documents