بررسی اثر ضخامت، انحنا و محل ماکزیمم ضخامت برروی بال نامحدود موج دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ایران، مشهد، میدان آزادی، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

میکروپرنده‌ها از نظر ابعادی اندازه کوچکی داشته و با توجه به جثه‌ی کوچک و سرعت پروازی کمِ آن‌ها، معمولاً از جنبه نیروهای آیرودینامیکی همواره با مشکلات زیادی روبه‌رو هستند و در زوایای حمله پایین دچار واماندگی می‌شوند. به منظور افزایش قدرت مانورپذیری و بهبود عملکرد ریزپرنده‌های بال ثابت، از یک روش کنترل غیر-فعال به عنوان موج دار کردن لبه حمله، بر روی بال‌های آن ها استفاده شده که پدیده واماندگی را خنثی می کند ولی با تشکیل حباب‌های جدایش آرام در زوایای قبل از زاویه واماندگی، منجر به کاهش ضریب برآ و افزایش ضریب پسای بال می‌شود. هدف از این تحقیق این است که میزان اثرگذاری پارامترهای هندسی بالواره پایه نظیر ضخامت، محل ماکزیمم ضخامت و انحنای بالواره بر روی عملکرد آیرودینامیکی بال نامحدود با لبه حمله موج‌دار در زاویه قبل از واماندگی بررسی شود. لذا شبیه‌سازی عددی حول یک بال نامحدود به روش حجم محدود و با استفاده از مدل توربولانسی شبیه‌سازی ادی جداشده صورت پذیرفت. نتایج حاصله نشان دادند که افزایش ضخامت و محل ماکزیمم ضخامت منجر به بهبود عملکرد آیرودینامیکی میکروپرنده به ترتیب حدود 10% و 20% شده است ولی افزایش انحنای بالواره مبنا تا حدود 4% اثر معکوس داشته است. همچنین تغییرات ضرایب آیرودینامیکی نشان می‌دهند که به محل ماکزیمم ضخامت بیشترین حساسیت را دارند.

کلیدواژه‌ها


[1]      Edel RK, Winn HE. Observations on underwater locomotion and flipper movement of the humpback whale Megaptera novaeangliae. Mar Biol 1978;48:279–87. https://doi.org/10.1007/BF00397155.
[2]      Perkins J, Whitehead H. Observations on Three Species of Baleen Whales off Northern Newfoundland and Adjacent Waters. J Fish Res Board Canada 1977;34:1436–40. https://doi.org/10.1139/f77-206.
[3]      Fish FE, Howle LE, Murray MM. Hydrodynamic flow control in marine mammals. Integr Comp Biol 2008;48:788–800. https://doi.org/10.1093/icb/icn029.
[4]      Fish FE, Battle JM. Hydrodynamic design of the humpback whale flipper. J Morphol 1995;225:51–60. https://doi.org/10.1002/jmor.1052250105.
[5]      Watts P, Fish FE. The influence of passive, leading edge tubercles on wing performance. 2001.
[6]      Miklosovic DS, Murray MM, Howle LE, Fish FE. Leading-edge tubercles delay stall on humpback whale (Megaptera novaeangliae) flippers. Phys Fluids 2004;16. https://doi.org/10.1063/1.1688341.
[7]      Miklosovic DS, Murray MM, Howle LE. Experimental evaluation of sinusoidal leading edges. J. Aircr., vol. 44, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.; 2007, p. 1404–8. https://doi.org/10.2514/1.30303.
[8]      Weber PW, Howle LE, Murray MM, Miklosovic DS. Computational evaluation of the performance of lifting surfaces with leading-edge protuberances. J Aircr 2011;48:591–600. https://doi.org/10.2514/1.C031163.
[9]      Van Nierop EA, Alben S, Brenner MP. How bumps on whale flippers delay stall: An aerodynamic model. Phys Rev Lett 2008;100. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.054502.
[10]    Esmaeili A, Delgado HEC, Sousa JMM. Numerical simulations of low-Reynolds-Number flow past finite wings with leading-Edge protuberances. J. Aircr., vol. 55, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.; 2018, p. 226–38. https://doi.org/10.2514/1.C034591.
[11]    Johari H, Henoch C, Custodio D, Levshin A. Effects of leading-edge protuberances on airfoil performance. AIAA J 2007;45:2634–42. https://doi.org/10.2514/1.28497.
[12]    Hansen KL, Kelso RM, Dally BB. Performance Variations of Leading-Edge Tubercles for Distinct Airfoil Profiles. Https://DoiOrg/102514/1J050631 2012;49:185–94. https://doi.org/10.2514/1.J050631.
[13]    Kelso R, Rostamzadeh N, Hansen K. Tubercle Geometric Configurations: Optimization and Alternatives. Flow Control Through Bio-inspired Leading-Edge Tubercles, Springer International Publishing; 2020, p. 69–84. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23792-9_3.
[14]    Chaitanya P, Joseph P, Narayanan S, Vanderwel C, Turner J, Kim JW, et al. Performance and mechanism of sinusoidal leading edge serrations for the reduction of turbulence-aerofoil interaction noise. vol. 818. 2017. https://doi.org/10.1017/jfm.2017.141.
[15]    Esmaeili A, Delgado HEC, Sousa JMM. Numerical Simulations of Low-Reynolds-Number Flow Past Finite Wings with Leading-Edge Protuberances. Https://DoiOrg/102514/1C034591 2017;55:226–38. https://doi.org/10.2514/1.C034591.
[16]    Pereira JCF, Sousa JMM. Finite Volume Calculations of Self-Sustained Oscillations in a Grooved Channel. J Comput Phys 1993;106:19–29. https://doi.org/10.1006/jcph.1993.1087.
[17]    Kobayashi MH, Pereira JCF, Sousa JMM. Comparison of several open boundary numerical treatments for laminar recirculating flows. Int J Numer Methods Fluids 1993;16:403–19. https://doi.org/10.1002/fld.1650160505.
[18]    Langtry RB, Menter FR, Likki SR, Suzen YB, Huang PG, Völker S. A correlation-based transition model using local variables - Part II: Test cases and industrial applications. J Turbomach 2006;128:423–34. https://doi.org/10.1115/1.2184353.
[19]    Guerreiro JLE, Sousa JMM. Low-reynolds-number effects in passive stall control using sinusoidal leading edges. AIAA J 2012;50:461–9. https://doi.org/10.2514/1.J051235.
[20]    Ali Esmaeili. Experimental and Computational Investigation of Hybrid Passive-Active Stall Control for Micro Aerial Vehicles. UNIVERSIDADE DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO, 2018.