Cover art wing profiles are, top to bottom: Clark Y Joukovski 11 G¨ottingen 628 Eppler 793 Naca 0012 RAE 104 SC 20406 NLF 015 Whitcomb Parametric Airfoil Catalog, Part II An Aerodynamic and Geometric Comparison Between Parametrized and Point Cloud Airfoils Tomas Melin Copyright (cid:13)c2013, Tomas Melin Published by: Fluid and Mechatronic Systems, Department of Management and Engineering, The Institute of Technology, Link¨oping University, Link¨oping, Sweden Visit our website at www.iei.liu.se Printed by: Link¨oping University LiU-Tryck 581 83 Link¨oping SWEDEN Typeset in LATEX ISBN: 978-91-7519-656-5 First Edition, March 2013 Parametric Airfoil Catalog Part II Go¨ttingen 673 to YS930 An Aerodynamic and Geometric Comparison Between Parametrized and Point Cloud Airfoils. Tomas Melin Research Associate Fluid and Mechatronic Systems, Department of Management and Engineering, The Institute of Technology, Linko¨ping University, Linko¨ping, Sweden Contents hq159b. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 hq208 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 1 Acknowledgements 1 hq209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 hq259b. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2 Introduction 1 hq309 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 hq358 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3 Background 1 hq359 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 hq1010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4 Method 2 hq1012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.1 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 hq1510 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2 Parameterization . . . . . . . . . . . . . . 2 hq1511 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.3 Base change . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 hq1512 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.4 Reproducing known airfoils . . . . . . . . 4 hq1585 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 hq2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5 Discussion 5 hq2012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6 Software 6 hq2090sm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 hq2195 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 7 Airfoil Catalog 6 hq2510 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 goe673 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 hq2511 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 goe675 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 hq2590sm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 goe676 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 hq3010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 goe677 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 hq3011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 goe679 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 hq3012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 goe681 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 hq3013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 goe682 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 hq3014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 goe683 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 hq3015 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 goe685 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 hq3510 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 goe692 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 hq3512 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 goe693 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 hq3513 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 goe703 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 hq3514 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 goe704 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 hq3518 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 goe711 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 hsnlf213 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 goe735 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ht08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 goe738 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ht12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 goe758 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ht22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 goe766 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ht23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 goe767 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 isa571 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 goe769 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 isa960 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 goe770 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 isa961 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 goe775 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 isa962 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 goe776 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 joukovski11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 goe780 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 joukovski12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 goe795 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 k1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 goe795sm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 k2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 goe797 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 k3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 goe801 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 k3311 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 goe802 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 kc135a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 goe803h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 kc135b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 goe804 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 kc135c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 gs1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 kc135d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 hobie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 l188root . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 hobiesm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 l188tip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 hor20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 l7769 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 hq07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 la2573a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 hq09 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 la5055 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 hq010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 lds2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 hq108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 lg10sc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 hq109 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 lnv109a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 hq158 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 ls013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 hq159 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 ls413mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3 ls417 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 mh114 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 ls421 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 mh115 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 ls421mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 mh116 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 lwk79100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 mh117 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 lwk80080 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 mh120 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 lwk80100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 mh121 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 lwk80120k25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 mh200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 lwk80150k25 . . . . . 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 naca0012mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 mh45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 naca0014mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 mh46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 naca0016mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 mh49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 naca0018mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 mh60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 naca0020mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 mh61 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 naca0022mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 mh62 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 naca0024mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 mh64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 naca0026mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 mh70 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 naca0028mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 mh78 . . . . . . . . . . . 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230 naca643418 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 naca1118mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 naca643618 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 naca1120-mod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 naca644221 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 naca1122-mod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 naca644421 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 naca1124-mod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 naca651212 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 naca001234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 naca651412 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 naca001264 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 naca652215 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 naca001264a08cli0.2 . . . . . . . . . . . . . . . 237 naca652415 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 naca2408mod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 naca652415a05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 naca2415 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 naca653218 . 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nn7mk20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 naca64110 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 npl9510 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 naca64206 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 npl9615 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 naca64208 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 npl9626 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 naca64209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 npl9627 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 naca64210 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 nplx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 naca64212 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 oa206 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 naca64212mb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 oa209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 naca65209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 oa213 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 naca65210 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 oaf095 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 naca65410 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 oaf102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 naca66206 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 oaf117 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 naca66209 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 oaf128 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 naca632615 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 oaf139 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 naca633018 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 p51droot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 naca633218 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 p51dtip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 naca633418 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 p51hroot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 naca633618 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 p51htip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 naca634221 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . . . . . . . . . 448 rg14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 s8038 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 rg14a147 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 s8052 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 rg15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 s8055 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451 rg15a111 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 s8064 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 rg15a213 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 s8065 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 rg149 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 s8066 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 rg1410 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 s9000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 rg1495 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 s9026 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 rhodesg30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 s9027 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 rhodesg32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 s9032 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 rhodesg34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 s9033 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 rhodesg36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 s9037 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 s3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 sa7035 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 s102b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 sa7036 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 s102s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 sa7038 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463 s1010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 sc1095 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 s1012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 sc20010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 s1014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 sc20012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 s1016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 sc20402 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 s1020 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 sc20403 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 sc20404 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 usa35b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 sc20406 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470 usa40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530 sc20410 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 usa40b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531 sc20412 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 usa41 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 sc20414 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 usa45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533 sc20518 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 usa45m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 sc20606 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 usa46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 sc20610 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 usa48 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 sc20612 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 usa49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537 sc20614 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 usa50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 sc20706 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 usa51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539 sc20710 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 usa98 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540 sc20712 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 usnps4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 sc20714 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 v13006 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 sc21006 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 v13009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543 sc21010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 v23010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544 sd2030 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 vr1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545 sd2083 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 vr7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546 sd5060 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 vr7b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547 sd6060 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488 vr8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548 sd6080 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489 vr9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549 sd7003 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 vr11x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 sd7032 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 vr12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551 sd7034 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 vr13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 sd7037 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 vr14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553 sd7043 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494 vr15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554 sd7062 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 wb13535sm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 sd7080 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 whitcomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556 sd7084 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 ys900 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 sd7090 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 ys915 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558 sd8000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 ys930 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559 sd8020 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 sd8040 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501 sg6040 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502 sg6041 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503 sg6042 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 sg6043 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 sg6050 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 sg6051 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 sm701 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508 sokolov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 spicasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 ssca07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 ssca09 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512 stcyr24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513 stcyr172 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514 stcyr234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 strand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516 tempest1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517 tsagi-r3a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 tsagi8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519 tsagi12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520 ua79sf18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521 uag8814320 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522 ui1720 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523 ultimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524 us1000root . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 usa22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526 usa35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527 usa35a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528 1 Acknowledgements catingthetrailingedgetomakesurethattheupperand lower sides both ended at x=1. This collection of parametrized airfoils would not have been possible without the prior work of several indi- viduals. Many thanks goes to Prof. Michael Selig at 3 Background University of Illinois at Urbana-Champaign for supply- ing the original point cloud airfoil database on which A fundamental part of aircraft design involves wing air- this work is based. All my appreciation to Brenda Kul- foiloptimization,establishinganoutershapeofthewing fan from Boeing for her inspiring work on class function whichhasgoodaerodynamicperformanceforthedesign / shape function transformation technique. My warm mission, good internal volume distribution for fuel and thanks tho the research team at Link¨oping University: systems and which also serves as an efficient structural AntonJonz´en,ChetanNangunoori,JacobBj¨arkmar,Jo- member supporting the load of the weight of the air- han Karl´en, Svante L¨othgren and Vijaykumar Govin- craft. The underlying idea with this parametrization is darajan. to couple an appropriate number of parameters, balanc- The author also wishes to thank the sponsors: VIN- ing the need of geometric accuracy with the necessity of NOVA and the industrial partner Saab AB for their few airfoil parameters in order to facilitate en expedient funding through Nationella Flygtekniska Frsksprogram- optimisation, with the intrinsic value of having param- met, NFFP5. eters that makes sense for a human; such as thickness, camber and trailing edge thickness. Several approaches to parametrization of wing profiles can be found in the literature. 2 Introduction Airfoilscanbedescribedbypointcloudsasdoneinmost airfoil libraries [1]. The number of parameters is twice Thisbookisintendedtoserveasareferenceforstudents, as large as the number of points used (x and y coordi- engineers and researchers requiring a parametrized air- nates) and in the case of aerodynamic optimization this foil that can model existing airfoils well as providing parametrizationwillmostcertainlybenotwellbehaved, a significant design space for optimisation. The pro- sincenosmoothingfunctionisincludedandmustthere- posedmethodcoversatleastonethousandoftheknown forebeemployed. Otherproblemsmayariseforthefact profiles used in aeronautics today, while enabling many that the airfoils sometimes are defined with too few co- more. The method uses 15 parameters defining a wing ordinate points and/or too few decimals, a problem oc- profile. This way many existing airfoils can be mod- curring especially with old airfoils. On the other hand, elled with close tolerance. In the following volumes, thedesignspacethatthiskindofparametrizationallows the parametrized airfoils are compared with the origi- representingisextremelylarge,asanyandallshapescan nal point cloud data. The comparison is made for ge- be reproduced, even degenerate ones. ometrical and aerodynamic similarity, but is should be noted that the point clouds used may in some instances Airfoils can also be represented by mathematical func- notberepresentativefortheoriginalairfoilduetoround tions. Among the most common representatives of this off errors, discretisation error and other other unknown category are indeed the NACA 4-, 5- and 6-digits for- errors. The parametrisation is intended for two dimen- mulations [2] [3]. Compared to point clouds, they could sional airfoils but the method can easily be extended to be said to represent the opposite case: they are very a three dimensional wing. wellbehavingparametrizations,buttheycannotcovera very large design space, since they only provide four to Thecoordinateresolutionbecomesinfiniteandpointdis- six parameters respectively to be tuned. The NACA 4 tributionbecomesanon-issuebyemployingafunctional digit series is particularly interesting as the parameters parametric description with built-in smoothing and in- are a part of the name of the airfoil. In the case of the terpolation. In order to facilitate this, some basic as- 5- and 6 digit series, the name is instead constructed sumptions regarding the shape of an airfoil are made: from the airfoils aerodynamic characteristic and geome- The airfoil is assumed to have one distinct top and bot- try. Another known set of theoretically defined airfoils tom point, the chord line has a length of exactly one, aretheJoukowskiprofiles[4]. Usingtheconformalmap- forming the x-axis of the profile, the trailing edge is as- ping method, airfoils with a round nose and sharp trail- sumedtobeeithersharp,i.e. withay-coordinateofzero ing edge can be represented. Sadly the method is not to forbothtopandbottomsides, orbluntwiththeycoor- recommend for trying to match known airfoils and the dinates of the top and bottom trailing edges being sym- designspaceitdescribesisquiteconfinedtoairfoilswith metricaroundthechordline. Theseassumptionsmeans often poor performances. thatalotofhistoricalairfoilsneededtobepreprocessed before they could be parametrized. Preprocessing usu- More recently a very interesting and powerful represen- ally involved rotating the coordinate cloud to form an tationmethod, theclassfunction/shapefunction’trans- x-axis from the nose to the trailing edge, scaling to set formationCSTmethodwaspresentedbyKulfan[5]. The thelengthoftheairfoiltoexactlyunityandfinallytrun- method is based on simple well behaved mathematical 1 functions that allow for increasing the number of pa- rameters at will. Also the formulation is not restricted to round nose and sharp trailing edge profiles, but can describe almost any shape. Figure 2: Parametrized transonic wing airfoil with Bezi´er control points and control vectors, and the num- bering of the control points. 4 Method 4.1 Model the curve, giving 26 variables when both x and y co- ordinates are taken into account. However when some The envelope of the airfoil is described by a set of para- symmetriesandsimplificationsvalidforwingprofilesare metric Bezi´er curves, which are closely related to Bern- taken into account the number of independent parame- stein polynomials. The equation for an n-dimensional ters are reduced to 14. Control point 1 and 13 always cubic Bezi´er curve is shown in equation 1. The cubic have the same x-coordinate, one, and the same absolute Bezi´er curve requires the four control points, P to P valueoftheiry-coordinateisalsoequalastheiraverage, 0 3 in order to be defined. The points P to P span the the camber line, must be on the x-axis at the trailing 0 2 first control vector, and P to P span the second con- edge. Control points 3,4 and 5 on the bottom side have 2 3 trolvector,asshowninfigure1. TheBezi´eristangential the same y-coordinate. The same goes for the top side to the control vectors at the start and endpoints of the control points 9, 10 and 11. The leading edge points 6,7 curve. This behaviour will ensure that the leading edge and8allhaveanx-coordinateofzero. Table1showthe is tangential with the z-axis and that the curve at top dependent parameters for the control points. pointoftheairfoilistangentialwiththex-axis. Theair- Table 1: Coordinate dependency for the control points. Some always take the value one or zero, while others (a,b,c) always shares the same numerical while (x y ) n n are allowed any value. Coordinate Point nr. X Y 1 1 a 2 x y 2 2 3 x b 3 4 x b 4 5 x b 5 6 0 y 6 7 0 0 Figure 1: Generic cubic Bezi´er curve with the four con- 8 0 y trol points P to P marked. The Bezi´er is tangential 8 0 3 9 x c to the control vectors at the start and endpoints of the 9 10 x c curve. 10 11 x c 11 12 x y foil’s top and bottom curves are modelled individually 12 12 13 1 −a by two cubic Bezi´er curves in parametric form being C1 continuousatthedefinedtopandbottompoints,aswell as the leading edge. C1 continuity was selected over C2 The control points for each of the investigated airfoils continuityinordertoallowcurvefittingwithmanyolder areavailableinthistabulatedformintheresultssection airfoils which only exhibit C1 continuity. of this book. B¯ =(1−t)3P¯ +3t(1−t)2P¯ +3t2(1−t)P¯ +t3P¯ (1) 0 1 2 3 When modelling modern profiles, the proposed method 4.2 Parameterization does allow C2 continuity as well. Figure 2 gives an ex- ample of a transonic wing airfoil, the Lockheed C-5A BL576, and show the outer envelope and the Bezi´er Handling the control point coordinates directly when control points and control vectors. The control points specifying an airfoil is not user friendly. The coordi- are numbered clockwise from the bottom side trailing nates themselves have no obvious relation to shape of edge. The method of representing an airfoil is straight- the airfoil when reviewed alone and the possible range forward. For a generic envelope built up by four cu- of the coordinate values exceed the allowed range for bic Bezi´er curves, 13 control points are needed to define non-degenerate airfoils. To alleviate this concern, and 2
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