Post-Stall Wind Tunnel Date for NACA 44XX Series Airfoil

180 Pages·2009·7.11 MB·English

SUCE RCaIt/eSgTorRy--:22 51579
60
DE85002948
Post-StWailnldT unnel
Dataf orN ACA 44XX
A SubcontrRaecpto rt
SerieAsi rfSoeiclt ions
C.O stowari
Naik
D.
Januar1y9 85
Prepareudn derS ubcontraNcot. A SC-78348PB
ofR ockwelIln ternatiCoonrapl.
Finale portprepraed under TaskN o.
R SERI No. 4807.20
FTP 495
TechnicMaoln itoJra:m esT angier
SERI
SA DoilvaiEsrin oMenid rwgeRsyRte e sseeaarIcrhsncI thint suttei tute
ColoefB oulevard
G1o6l1d7e nC,o lorad8o0 401
Preparefdo rt he
CUo.nStD.rae cNptoa .rD Et-mAeCon0f2tE- 8n3eCrHg10y0 93

S
.�---- -- -- ---- ---- ---------------- -- ---------- ---- -- ---- ---------- � �T_R_-_2_5_·5�,9
:iE:�I
PREFACE
Thisr eportw as preparebdy Ostowia rand �aiku nder
SubcontracNto. ASC-78348PfBor Rokcwell International
c. D.
CorporationW'isn d EnergyR eesarch Centeru nder their
contarctN o. DE-AC40-76DP03533A.s of Octboer1 ,1 984,t heW ind
Eneryg ResecarhC enteirs under the oopfet rhaetS ioolnra Energy
ResearcIhn stitutweh,i chc oordinattehde publicatioofn t his
reporutn deTra skN o.4 80.702.
T ler
Pro�gjecMta nager
J.
Approvfeodr
SOLAERN ERGRYE SEARICNHS TITUTE
Trenkal',l anager
A\.V inSdy stse mPrograHma nagement
--� --�� ----------­
R1't hc1' e ,D 1.rector
!�)
S•o laErl ectrRiecs earDcihv ision
iii
9
I�I-------------------------------------------------S--_--T--_R_-_2_5_5
__
s;::�l
ACKNOWLEDGEMENT
Thea uthowriss tho e xpretshse iarp perciatifoonrt hes uppoorftt hipsr oject
byR ockweIlnlt ernatieosnpaelciallTyan glero ft heW indE nregy Research
,
Staff.
J.
Ours incetrhea nktso Imbrioef t heT exaAs& ML owS peeWdi nd Tunnel
Facilityh ish eldp urintgh et ests.
P. K.
for
iv
ST-R2559
SUMMARY
O ectie
j v
b
Toc haractetrhiezp ee rformancen onorfo taa tbilnagdi en s talals a function
ofi tsa specrta tioa,i rfotihlci kne,s asndR enyoldnsu mber.
Discussion
Windt-urbinbel adeosp eratovee r a widea ngle of attacrka neg. Unlike
aircraaf wti,n tdu rbinaen'lgse o fa ttacrka ngeex tenddese ipn tsot alwlh ere
the three-dimenspieornfaolr macnhcaer acterisotfi acisr foialrse not
generalklnyo wnP.e akp oweprr ediicotnsu ponw hcihw indt urbicnoem ponents
are sizedd epenodn a good understanodfi nag bldae's post-stall
chaarcteristics.
Thisr epordto cumenrtess ulotfs t hew indt unneiln vteisagtioonf constant
chorndo nrotatbilnagd ehsa vinfgo ura specrta tiowsi,t hNA CA4 4XXs eries
airfosielc tioantsa ,n lgeso fa ttacrkag ningf ro-m1 0t0o u oo. Testwse re
conductaetd R eynolndusm berras nigngf rom0 .25 106 to 1.0x 106. The
x
thicknreastsi osst udiweedr e0 .180,. 1,5 0.12, and0 .09. Thea specrta tios
wer6e, 9,1 2, andi nfinity.
Resulotfs f orcaen dp itchimnomge ntm easuremeonvetrst hea nlgeo fa ttack
rangef,o ra llc ombinnasto ifoR eynolndusm betrh,i ckneasnsda, s pecrta tios,
andt hee ffecotfsb oundalrayy etrr ippianrgep resented.
Concliuosns
Thel ifta ndp ost-stdarlalg c oefficideenctrse awsiet hd ecreasiansgp ect
ratioT.h el iftc oeffitc ideencrseeasw ithd ecreags tihnicknreastsi woh ile
thed ragc oefficiiennctr easeIsn.t hep ost-starlelig onb othli fat ndd rag
coefficiaernetr elavteilyi nsensvie ttio Reynolndusm beerf fecatnsd t he
range tested.T heb oundalrayy etrr ippidnegrc easetsh el ift cusrlvoepa en d
stallianngg leo f attack.T he drag coefficienttr ip(p)wi initgsh
singificanatflfye ctoendl ayt l owa specrta tio.
v
OFOO NTENTS
1'ABLE
1.0 Introducti•on• ...••........••.........•.•..•.•....•......••..•..•..• 1
2.0 ExperimentaSle t-U•P•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2•• •
2.1 Wind TunnelD escirptio•n• •••••••••••••••••••••••••••••••• ••2• •••
2.2 ModelD escripti•o•n•••••••••••••••••••••••••••••. .•.•.•..•.•.•. 2
3.0 TestP rocedur•e•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1•2 •••••••
3.1 Test Conditio.n•s• ••••••.••••••.•••••••••••••••••.••••••• 12• •••••
3.2 Procedur•e••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12• ••••
4.0 Resultsa nd Discussi.o•n ..•••••••••••••.•••••••••••..••••••••.•••••.15
4.1 NACA 4418 Sectio.n. ..••.•..•..•..••..•••.••••••••••••..•••••••.1 5
4.2 NACA 4415S ectio•n. .•..•.•.•.••••.••••••.••.••••••.••...••••.•.1 6
4.3 NACA 4412S ectio.n• .••••....••••.•.•.•..•••..•••••••..••.•••••. 16
4.4 NACA4 409S ectio•n• •••••.••.••.••••••••••••••••••••••.•••••.••1•6
4.5 NACA 4415S ectionw ithB oundaryL ayerT rippin•g• ••••••••••1•6 ••••
4.6 Effecto f AspectR ati•o •••••••••••••••••••••••••••••••••••1•7• •••
4.7 Effecto f AirfoilT hickne•ss••••••••••••••••••••••••••••••••1••7 •
5.0 Conclusio•n•s••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18• ••••
6.0 Reference•s• •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 •9• •••
AppendixA Forcea nd MomentD ata•••••••••••••••••••••••••••••••••2•0• •••••
AppendixB Wake RakDer ag Estimati•on••••••••••••••••••••••••••••••••••1 •67
vi
L
STR-2559
-- i��all"' llm·t
5-�1 LISOTF T ABLES
2-1 InstrumeRnets olution 2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . .... . . . . . . • . • . .. • . .
3-1 TestC ondiito ns 12
. . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . ..
3-2 Sumtnaorfy F igures 13
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . • . . . . • . . . . . . . .. .. . • .. •
LISOTF F IGURES
2-1 Scehmatiocf theT exaAs& M2 .31b-ym 3 .05-Lmo wS peeWd ind
Tunnel. 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • . . . . . •
2-2 BladMeo dle Mounteidn theW idn TunneTle stS eciton 4
• • • • • • • • • • • •• • • •
2-3 AirfoiClo ordinates
(a) NACA4 418S ection 5
(b) NACA4 415S etcio•n• •. . . . .. .. . . . .. . . . . . . . 6
(c) NACA4 2 Section 7
• • • . . . . . .
(d) NACA4 409S ection 8
Ld • • • . . . . . . . . . . .
• • • . . . . . . . . .
2-4 NACA 4S4e15c tioMno delw ithB oundaLrayy eTrr ip Strips 10
• • • • • • •• • • • •
2-5 CrosSse-ctoinalV iewS hoiwngt heM odeClo nstrtuicon 11
• • • • • • • • • • • •• • ••
A.1 througAh.6 3 21t o 165
. . • . . . • . . . . . . .. . . .. . . . . . . • . .. . . . . . . • . . . . . . . . . . . . .
B.lt hroht 1Bg.4 168t o 171
. .. • • • . . • . •• • . • • • . • • • . •• . • . • .. • . . • . • . . • . • • . . . . .. . •
vii
L9
5L
.25.!,_,
-=.
-'S�T�R�
--
--
--
--
--
--
--
--
--
--
--
--
--
s=·�'*'
NOMENCLATURE
The forcea nd momentd ata have been referredt o the quarter-chodr locationo n
the airfoil.D imensionaqlu antitieasr e giveni n SI units. Measurementwse re
made in U.S. Customary Units. Convfearcstioorns b etweent he various units
may be found in Ref.2 .
aspectr atio
AR
b span
c airfoil referecnhcoer d
/ )
dragc oefficeint drag dynamicp ressurex area
(
/( )
lift coefficientl ift dynamicp ressurex area
pitchingm omentc oefficnite withr espectt o the 0.25 c location
/( )
moment dynamicp ressurex areax c
=
M Mach number
q dynamicp ressure
Reynoldsn umber
RN
winga rea
s
t airfoilm aximumt hickness
frees treamv elocity
u
angleo f attack
a
viii
STR-2559
·
-
s=�1,·� �; --.�, ISNETCRTOID1IO.UON0CN T -----------------------------------
Currenrte searecfhf ortasr ed iretcedt owardt he desigonf c ost-eefcftvie wind
energcyo nversion devTihceeas c.c omipslhmenotf thisg oalr equriesg ood
rotoro--tloamdat ching.P roperm acthingd ependosn an accutraek noweldgeo f
thep osts-tlal airfoiclh aarcetristicusp,o nw hichp eakp owerp reditcioni s
storngldye peenndt.
Conetmporawriyn dt ubrineb ladeasr et ypiclayl ofh igha spetc ratio forc ost­
effeicvte,h ighR PMo pertaion. Theb lades ecitonsa res ubjteced toa lagre
rangeo f angleosf attackf or whipcahr,t iculaartl pyos ts-tlal condtiions,
aerodymniacd ataa rel acking.T hisr eporatt tmeptst o fiplalr to f this
airfoidlat av oida ndp restenst hep ost-stalale rodynacmhaicr atcerisitcsa s a
funciton of aspecrta ito, aifroilt hicnkess,a ndR eynoldnsu mber.A spect
raitoso f 6, 9, a1n2di, n fintiyw eret etsed usingc onstantc horbdl adeosv er
the angleo f attackr angeo f -180t o 1100.O ne airfsoeirli e(s NACA4 4XX)
havinfgo urd ifferte tnhicknes(s18e%s, 15%, 12%, awnads i n9v%e)t sigatde.
Thet estsw erec onductfeodrR eynosl ndumber(siw thr espectto b ladceh ord) of
0.25 106, 0.50 106, 0.75 106, and1 .0 106.
X X X X
Also presendt e ist he effecotf boudnaryl aeyr trippinogn the aerodynamic
chaarcterisitcso f theN ACA4 415. Trippinwga sa chievebdy applyincgha rt
tapea t selecdt cehodr locaitonso n thbela de'su ppera ndl owers urfaces.
Thisr oughlys imualtse an uncleabnl adteh ath asb eens truckb yi nsetcs, grit,
andb irdd roppin[g1s ].
Thet estsw erec ondutceda t the TexAa&sMU nivertsyiL owS peedW indT unnel
Faciiltyi n July1 983.T heb ladep erfoarnmcec haratceriisctsp reseendt in
this reporta re liftc oeffiecnit,d ragc oeffiecnit,a nd picthingm ometn
coefficiveenrts uasn gloef a tatck.
1
I I-------------------------------- ------ ------------------� S�T�R_-;2�5�5�9
�
-
,§�
5;==�1
SECTION
2.0
EXPERNITMAESLE T-UP
WINTUNDNE L DESCRIPTION
2.1
A schematitch eTo efx aAs& M2 .13-xm 3.05-Lmo wS peeWdi nTdu nneils g iveinn
Figur2e- 1. It isa closecdi rcuistin,g ler eturtny pet unnelT.h em ain
balanocfet het unneils a six-cpoomnenpty,r amidvailr,t ucaeln teerx ternal
balanceT.h er esolutoifo tnh ev arioiunss trumentsaytsitoenim ssg iven
Tabl2e- 1.
in
Instrmuent Resolutoin
Table2 -1.
Measurement Resolution
Dimenosniaflo rm Coeffitc fioernm*
probablem aximum
Liftb alance ±17.8 N ±0.0002 ±0.0034
Dra(gb alan)c e ±0.8N9 ±00.001 ±0.0017
Pitc(hm omen)bt a lance ±0.2N7m ±0.00003± 0.0005
Angloef a tat(ck ) ±0.1
Dynampirce ssure ±0.4%
°
*Foir nifnitaes pecrta toi blades.
A Perkin-E8lm1e6r E minicompiust eurs edf ord ataa cqiusitioannd f or
reductoifof ni n/adla taa ndp lotsM.o red etaiolfst hef acilimtayyb ef ound
inR ef3..
MODELD ESCRIPTION
2.2
Them odeluss ewde roef t her eflectpiloannt ey ep. Thipsr ovidaense ffective
aspect rtahtaitio s t wicteh em odeals epctr atioE.a cmho deelx tedn diento
thet unnels ectiforno ma n external-balantchea twm aosfu lnuts whi tht he
tunnefll oorF igur2e- 2. Allm odelwse reo f theN AC4A4 XXf amiloyf
airfoilTsh.(et hicknr)eastsi osst udiweedr 0e. 180,. 51,0 .12and0 .09.T he
,
fouari rfosielc tigoeno metraireegs i veinn F igur2e-s3 a-d.
Fort estisn t heT exaAs& Mf acilitthye,m odelwse rsei ezdw itah 2.13-smp an
anda 0.305c-hmo rdT.h isc orressp otnoa d bladwei tihn finite aspect ratio
when plianct ehde2 .13-xm 3 .05-tmu nnesle ctioEnff.e ctiavsep ect roaft ios
2