Хибридни систем управљања струјањем у аеротунелима великих брзина

Abstract

Аеротунели су основни алат на који се ослањају истраживачи у области експерименталне аеродинамике. Настанак, употреба и развој аеротунела су били, а и даље јесу, мотивисани заинтересованошћу за широк спектар проблема у аеродинамици, као и чињеницом да теоријске и нумеричке методе не могу да понуде све резултате потребне за доношење одлука о детаљном пројектовању у многим практичним проблемима. Најуспешнији приступ у решавању скоро сваког аеродинамичког проблема базиран је на примени резултата добијених теоријским, експерименталним и нумеричким методама, комбинованих на одговарајући начин и допуњених искуством. Већина светских аеротунела изграђена је пре 50 до 70 година. Слична ситуација је и у аеродинамичкој лабораторији Војнотехничког института у Београду, у оквиру које је најновији аеротунел почео са радом пре неких 30 година. У многим инсталацијама су током радног века увођена извесна технолошка унапређења праћена новим експерименталним техникама, што је омогућавало да се аеротунели увек прилагоде актуелним потребама, упркос томе што су нова решења увођена на појединачној бази, без неке систематске методологије. Међутим, убрзани технолошки развој последњих година је подстакао размишљања о импликацијама на истраживања у будућности, као и о инвестицијама и променама које би требало да се покрену данас у оквиру припрема за неизбежне промене до којих ће доћи у наредних неколико деценија. Резултати студија утицаја технолошког развоја на ангажованост аеротунела, после благог пада почетком 21. века, крајем прве деценије 21. века показују тренд поновног раста, који се делом приписује традиционално високим захтевима војне и ваздухопловне индустрије, а делом неким новим изазовима у области аеродинамичког пројектовања. Резултат тога је да се тренутно у више земаља широм света планира или је у току изградња нових аеротунела. На бази предвиђања индустрије и академске заједнице да ће већина аеротунелских капацитета на различитим нивоима употребе бити потребна током 21. века, у дисертацији су идентификоване кључне области стратегије развоја аеротунела у којима су потребне смернице за испуњавање захтева које доноси будућност. Једна од тих области је управљање, а мотивација за истраживање обављено у оквиру дисертације била је давање смерница за даљи развој у области управљања струјањем у аеротунелима великих брзина. У дисертацији је традиционално разматрање аеротунела као инсталација за обављање стандардних типова аеродинамичких експеримената замењено сагледавањем аеротунела као система за управљање струјањем. Идеја је била да се комбиновањем метода из две области истраживања – аеродинамике и теорије управљања – које се независно развијају већ дуги низ година, стекне бољи увид у физички процес са једне стране, а са друге стране да се идентификује методологија управљања струјањем која би била универзално применљива у аеротунелима великих брзина, а која би донела побољшање тачности експеримената и њихове ефикасности...

Wind tunnels are basic ground testing tools used by researchers in the field of experimental aerodynamics. The invention, the use and the development of wind tunnels have been and still are motivated by a wide range of issues in aerodynamics, as well as by the fact that theoretical and numerical methods cannot provide all the results required for making detailed design decisions in many practical cases. The most successful approach to solving almost any problem in aerodynamics is based on using results obtained theoretically, by experimentation and by numerical methods, appropriately combined and complemented by experience. Globally, most ground testing facilities were built 50 to 70 years ago. The situation is similar also in the aerodynamics laboratory of the Military Technical Institute (Belgrade, Serbia), where the latest wind tunnel started operations some 30 years ago. Many facilities have been technologically upgraded during their lifetime, introducing new experimental techniques, which enabled the wind tunnels to adapt to the current needs despite the fact that these innovations were introduced individually, without any systematic methodology. However, accelerated technical developments in recent years have triggered thinking about implications for future research, as well as about the investments which should be initiated today within the framework of preparing to cope with the inevitable changes in the coming decades. Studies of effects of technological development on the ground testing facilities operations have indicated that, after a moderate slowdown at the turn of the century, there was again a growing trend by the end of the first decade of the 21st century, which was partially attributed to the traditionally high demands of the military and aeronautical industries, and partially to emerging new challenges in aerodynamic design. The result of this is that presently development of new wind tunnels is planned or is actually ongoing in a number of countries worldwide. Based on industrial and academic forecasts indicating that most of the existing ground testing facilities, at different levels of usage, will be needed during the 21st century, the dissertation identifies key areas of the development strategy for wind tunnels for which a roadmap is needed for complying with future requirements. One such area is control, and the motivation for the research performed in the dissertation was to define directions for further development in the domain of flow control in high speed wind tunnels. In this dissertation, the traditional consideration of the wind tunnel as a facility for performing standard types of aerodynamic experiments has been replaced with the view of the wind tunnel as a flow control system. The idea was to gain an improved insight into the physical process on one hand and to identify a universally applicable flow control methodology for high speed wind tunnels on the other hand, with the aim of improving experiment accuracy and cost of operations by combining methods in two areas of research – aerodynamics and control theory – areas which have been developing independently for many years now...