Reducing vibrations caused by the radome at P-3C Orion: A numerical simulation study

Rundt 1999 ble det montert et nytt måleinstrument under P-3C-flyene. Instrumentet er bygget inn i en beskyttende struktur, kalt en radom. Radomen har medført økte vibrasjonsnivåer i flyene, sterkest i den bakre delen. En tidlig hypotese var at vibrasjonene hadde sin opprinnelse i selve radomen, gjennom fluid-struktur-interaksjoner på radomen. Senere har målinger og aerodynamikk-simuleringer avdekket at vibrasjonene skyldes vekselvirkningen mellom det turbulente kjølvannet, generert av radomen, og flykroppen. Det er tidligere vist at formen på radomen forårsaker massiv separasjon av strømningen. Dette fører til et sterkt turbulent kjølvann bak radomen. Tidligere CFD (Computational Fluid Dynamics)- simuleringer har vist at ved å sette en såkalt “fairing” på radomen, i form av en kileaktig utvidelse på baksiden, oppnås mindre separasjonsområde i strømningen og redusert virvelstyrke og strømningsfluktuasjoner. Dette ville gi svakere vekselvirkninger mellom strømningen og skroget, og følgelig redusert vibrasjonsnivå. Dette ble bekreftet ved testflyvninger i 2012, der bruken av denne “Wedge” (kile)-modifikasjonen reduserte vibrasjonsenergien med rundt 50 prosent. Luker og utstyr montert på flyet la sterke begrensninger på størrelsen på eventuelle fairinger. Synslinjen fra instrumentet skulle ikke påvirkes, noe som utelukket muligheten til å dekke til den sfæriske enden av radomen. Selv med slike begrensninger ble det oppnådd gode resultater med “Wedge”- modifikasjonen. Spørsmålet som er stilt i dette arbeidet er hva som kan oppnås med færre designrestriksjoner, og dette har ført til en mer strømlinjeformet radom som vi kaller “Droplet” (dråpe). Simuleringer med denne formen gir enda bedre resultater enn det som ble oppnådd med “Wedge”. Områdene hvor strømningen separerer, er mindre, og kjølvannsvirvlene blir mye svakere enn for alle andre fairing-geometrier som er simulert. I tillegg til “Droplet”- og “Wedge”-konfigurasjonene er det gjort CFD-analyse av et alternativt design, som består av en splitter-plate bak radomen. Dette designet ble presentert i en rapport om vanntunnel-eksperimenter fra L3 Communications i 2010 som en av konfigurasjonene som skulle kunne dempe vibrasjonene tilstrekkelig mye. Hovedeffekten til denne “Splitter plate”-konfigurasjonen er å undertrykke den alternerende virvelavløsningen fra radomen og dermed gi et mer symmetrisk strømningsmønster. Simuleringene som er presentert her, viser imidlertid at bredden av kjølvannet og virvelstyrken er nesten de samme som for den originale radomen. Vi mener derfor at det finnes bedre løsninger for å redusere vibrasjoner enn en slik “Splitter plate”. Analysen i denne rapporten viser at “Droplet”-løsningen er den klart beste av de tre vibrasjonsdempende tiltakene “Droplet”, “Wedge” og “Splitter plate”.