Anisotrop friktion - ett sätt att förhindra separation?
En slät yta som förses med längsgående rillor får ett minskat friktionsmotstånd i strömmande medier. Ytor med denna struktur används i många olika applikationer, allt från segelbåtar och simdräkter till flygplan. Även naturen har upptäckt dessa egenskaper. Hajar har en ytstruktur i sitt skin som är av liknande karaktär och med samma egenskaper. Hajskinnet har också en anisotrop friktionsegenskap med ökad friktion i ena riktningen. I detta examensarbete har det undersöks, genom experiment, om den anisotropa friktionen hos ett hajskinn kan förhindra bildandet av separation bakom krökta ytor. Turbulenta skalberäkningar gjordes för att kunna välja och anpassa försöksutrustningen. En vindtunnel ansågs mest lämpad till experimenten, men den hade ursprungligen inte tillräckligt bra strömningskvalitet. En strömriktare, vars uppgift är att räta ut strömningen och sänka turbulensintensiteten, byggdes därför. Jämförelser mellan körningar med och utan strömriktare visar att strömningskvalitén blev avsevärt bättre och hamnade på en acceptabel nivå. Vid experimenten användes två olika vingprofiler med olika egenskaper. Den första som provades får en separationspunkt som från bakkanten långsamt förflyttar sig framåt med ökad anfallsvinkel. Försök med hajskinn monterat på vingens bakkant jämfördes med en slät vinge. Resultatet blev att skinnet påskyndade separationen, vilket resulterade i en minskad lyftkraft. En orsak till detta kan vara att skinnet ändrade form efter montering och fick en skrovlig yta vars ojämnheter var en faktor 5-10 gånger större än ytstrukturen, vilket påverkar strömningen på ett negativt sätt. För att få en klar bild över hur strömningsförloppet såg ut gjordes visualiseringar med rök. Bilder som togs på förloppet visar separationspunktens förflyttning framåt längs vingen med ökad anfallsvinkel. Den andra vingen har ett linjärt ökande lyft fram till det att framkantsseparation inträffar. Därför gjordes försöken med hajskinn monterat i vingens framkant. Med skinnet klarade vingen högre anfallsvinklar innan total separation uppstod, men med en minskad lyftkraft. Detta fenomen är svårförklarat då en ökad anfallsvinkel, när total separation uppkommer, som regel även ger ett ökat lyft. Vid fortsatt arbete rekommenderas mätningar med PIV (Particle Image Velocimetry). Fördelen med PIV mätningar är att man får en bild av strömningsfältet i ett plan och man kan då se små förändringar i hastighetsfältet. Då hajskinnet var svårhanterligt vid experimenten kan man istället försöka tillverka och använda sig av artificiella ytor med samma egenskaper. Dessa ytors struktur kan man skala till lämplig storlek beroende på vilken försöksutrustning som ska användas.