تحلیل عددی رفتار آیرودینامیکی ایرفویل‌های متداول سرعت پایین

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکترا، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 دانشیار، گروه هوافضا، دانشکده مکانیک و هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

10.22044/jsfm.2025.16052.3958

چکیده

این مقاله به بررسی ویژگی‌های آیرودینامیکی ایرفویل‌های NACA 0012, 0015, 4415 در محدوده عدد رینولدز پایین 500 تا 2000 پرداخته است. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از یک کد عددی دوبعدی جریان تراکم‌ناپذیر با تفکیک‌پذیری بالا، با استفاده از روش مرز غوطه‌ور با مرز واسط تیز و معادلات ناویر-استوکس ناپایا انجام شده‌اند. هدف این پژوهش، ارائه یک پایگاه داده از تغییرات ضرایب نیرو، مرکز فشار، و عدد استروهال با تغییرات عدد رینولدز، زاویه حمله (5 تا 40 درجه)، و شکل ایرفویل است. نتایج نشان می‌دهند که جریان در عدد رینولدز پایین به دلیل وجود پدیده‌هایی مانند تشکیل و ریزش گردابه کارمن و گردابه لبه حمله، پیچیدگی‌های بسیاری دارد. این رفتار منجر به نوسانات زیاد در ضرایب آیرودینامیکی خصوصاً در حوالی واماندگی می‌شود و شبیه‌سازی باید با دقت زمانی کافی انجام شود. تأثیر شکل ایرفویل عمدتاً در نسبت برآ به پسا و موقعیت مرکز فشار مشاهده شده است، به‌طوری‌که ایرفویل NACA 4415 بالاترین عملکرد آیرودینامیکی را ارائه می‌دهد. مقایسه نتایج شبیه‌سازی با داده‌های تجربی موجود در اعداد رینولدز پایین و بالا، صحت مدل عددی به‌کاررفته را تأیید می‌کند. این پایگاه داده می‌تواند به‌عنوان مرجعی برای طراحی هواپیماهای کوچک، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین، و پروازهای الهام‌گرفته از طبیعت استفاده شود. همچنین، داده‌های به‌دست‌آمده می‌توانند به بهبود مدل‌های محاسباتی و اعتبارسنجی آن‌ها کمک کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Abbott IH, Von Doenhoff AE (1959) Theory of wing sections, including a summary of airfoil data. Dover Publ., New York, Appendix IV.
[2] Sheldahl RE, Klimas PC (1981) Aerodynamic characteristics of seven symmetrical airfoil sections through 180-degree angle of attack for use in aerodynamic analysis of vertical axis wind turbines. Sandia National Laboratories (SNL) Tech. Rept. SAND80-2114, Albuquerque, NM, and Livermore, CA.
[3] Carmichael BH (1981) Low Reynolds number airfoil survey. Vol. 1, NASA CR 165803.
[4] Lissaman PBS (1983) Low-Reynolds-number airfoils. Annu Rev Fluid Mech 15:223–239.
[5] Mueller TJ, DeLaurier JD (2003) Aerodynamics of small vehicles. Annu Rev Fluid Mech 35(1):89–111.
[6] Shyy W, Lian Y, Tang J, et al. (2007) Aerodynamics of low Reynolds number flyers. Vol. 22, Cambridge Univ. Press, New York, Chap. 2.
[7] Selig M, Guglielmo J, Broeren A, et al. (1995) Summary of low-speed airfoil data. Vol. 1, SoarTech Publ., Virginia Beach, VA, Chap. 4.
[8] Selig M, Lyon C, Giguère P, et al. (1996) Summary of low-speed airfoil data. Vol. 2, SoarTech Publ., Virginia Beach, VA, Chap. 5.
[9] Lyon C, Broeren A, Giguère P, et al. (1997) Summary of low-speed airfoil data. Vol. 3, SoarTech Publ., Virginia Beach, VA, Chap. 5.
[10] Tank J, Smith L, Spedding GR (2017) On the possibility (or lack thereof) of agreement between experiment and computation of flows over wings at moderate Reynolds number. Interface Focus 7(1).
 
[11] Mittal S, Tezduyar TE (1994) Massively parallel finite element computation of incompressible flows involving fluid-body interactions. Comput Methods Appl Mech Eng 112(1–4):253–282.
[12] Jones LE, Sandberg RD, Sandham ND (2008) Direct numerical simulations of forced and unforced separation bubbles on an airfoil at incidence. J Fluid Mech 602:175–207.
[13] Kunz PJ, Kroo IM (2001) Analysis, design, and testing of airfoils for use at ultra-low Reynolds numbers. In: Fixed flapping and rotary wing aerodynamics for micro aerial vehicle applications, pp. 35–60.
[14] Mateescu D, Abdo M (2010) Analysis of flows past airfoils at very low Reynolds numbers. Proc Inst Mech Eng G J Aerosp Eng 224(7):757–775.
[15] Kurtulus DF (2015) On the unsteady behavior of the flow around NACA 0012 airfoil with steady external conditions at Re = 1000. Int J Micro Air Veh 7(3):301–326.
[16] Liu Y, Li K, Zhang J, Wang H, Liu L (2012) Numerical bifurcation analysis of static stall of airfoil and dynamic stall under unsteady perturbation. Commun Nonlinear Sci Numer Simul 17(8):3427–3434.
[17] Meena MG, Taira K, Asai K (2018) Airfoil-wake modification with Gurney flap at low Reynolds number. AIAA J 56(4):1–12.
[18] Abedi M, Zakeri R (2024) Experimental study of the aerodynamics of micro airfoils with wavy surface and the use of different patterns inspired by nature. J Technol Aerosp Eng, published online, pp. 1–11 (In Persian(
[19] Turner JM, Seo JH, Mittal R (2025) Two-dimensional time-resolved subsonic compressible flow characteristics of NACA0012 airfoils. AIAA J 63(1):1–7.
[20] Mittal R, Dong H, Bozkurttas M, et al. (2008) A versatile sharp interface immersed boundary method for incompressible flows with complex boundaries. J Comput Phys 227(10):4825–4852.
[21] Seo JH, Mittal R (2011) A sharp-interface immersed boundary method with improved mass conservation and reduced spurious pressure oscillations. J Comput Phys 230(19):7347–7363.