بررسی اثر سطح متحرک بر ایرفویل ناکا 0012 در نسبت سرعت زیاد

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

• احسان روحی ¹
• حسن ابوالقاسمی ²
• اد امیری ¹

¹ گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

² گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردسی مشهد

10.22067/jacsm.2023.77061.1124

چکیده

طراحی و توسعه ایرفویل­هایی با کارایی بالا برای پیشرفت صنعت هوانوردی از اهمیت اساسی برخوردار است. در زاویه­های حمله بزرگتر، نیروی برآ بیشتر و باند پرواز کوتاه­تر حاصل می­شود. اما در زاویه حمله بالا، پدیده جدایش جریان رخ می­دهد به‌طوری که بعد از زاویه واماندگی جریان به‌طور کامل از سطح بالای بال جدا شده و افت شدید برآ و افزایش پسا را به همراه دارد. در این پژوهش تلاش شده با استفاده از سطح متحرک در نسبت سرعت­های بالا بر روی ایرفویل ناکا 0012، از جدایش جریان جلوگیری و با افزایش نیروی برآ و کاهش نیروی پسا، عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل ناکا 0012 بهبود یابد. منظور از نسبت سرعت، نسبت سرعت سطح متحرک به سرعت جریان آزاد است. در این پژوهش از شبیه­سازی عددی در نرم‌افزار تجاری انسیس فلوئنت و همچنین مدل آشفتگی k-ω-SST با الگوریتم حل سیمپل استفاده شده است و شبیه سازی به‌صورت دوبعدی انجام شده است. نوع گسسته‌سازی معادلات به‌صورت پیش‌فرض بوده و در ابتدا از حل­گر فشار مبنا استفاده شده است. استفاده از سطح متحرک به‌صورت یک استوانه دوار در لبه حمله ایرفویل ناکا 0012 در نسبت سرعت­های بالا علاوه بر جلوگیری از جدایش جریان و افزایش برآ، پسا را منفی کرده که نشان از ایجاد نیروی پیشرانش دارد. از بین تمامی حالات شبیه­سازی شده، نسبت سرعت 20 در زاویه حمله 24 درجه با ضریب برآ  564/3 و ضریب پسا 185/0-، مطلوب­ترین عملکرد آیرودینامیکی را داشته است.

کلیدواژه‌ها

• جدایش جریان
• سطح متحرک
• ناکا 0012
• کنترل جریان
• برآ
• پسا

موضوعات

• آئرودینامیک

---

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Moving Surface on NACA 0012 Airfoil in High Speed Ratio

نویسندگان [English]

• Ehsan Roohi ¹
• Hassan Abolghasemi ²
• Mohammad Javad Amiri ¹

¹ Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University

² Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.

چکیده [English]

The design and development of high-performance airfoils is essential for the development of the aviation industry. At larger angles of attack, higher lift and shorter flight bands are achieved. But at high angle of attack, the phenomenon of flow separation occurs so that after the stall angle, the flow is completely separated from the upper surface of the wing, resulting in a sharp drop in lift and drag increase. In this study, an attempt has been made to prevent the separation of flow by using the moving surface in the ratio of high velocities on NACA 0012 airfoil and to improve the aerodynamic performance of NACA 0012 airfoil by increasing the lift force and reducing the drag force. The velocity ratio means the ratio of the moving surface velocity to the free flow velocity. This research was performed by numerically in two dimensions using Ansys Fluent and k-ω-SST turbulence model with SIMPLE algorithm. The use of a moving surface in the form of a rotating cylinder at the leading edge of the NACA 0012 airfoil at a high speed ratio, in addition to preventing current separation and increasing the lift, has negatively affected the drag, which indicates its propulsive force contribution. Of all the simulated states, the velocity ratio of 20 at attack angle of 24 with a lift coefficient of 3.564 and a drag coefficient of -0.185 had the most favorable aerodynamic performance.

کلیدواژه‌ها [English]

• Flow Separation
• Moving Surface
• NACA 0012
• Flow control
• Lift
• Drag

مراجع

[1] V. J. Modi, "Moving surface boundary-layer control: a review", Journal of fluids and structures, vol.11, no, 6, pp. 627-63, (1997).

[2] J. A. Seifert, "review of the Magnus effect in aeronautics", Aerospace Sciences, vol. 55, pp. 17-45, (2012).

[3] A. Favre., "Contribution à l'étude expérimentale des mouvements hydrodynamiques à deux dimensions"  E. Blondel La Rougery, (1938).

[4] V. J. Modi., J. L. Sun., T. Akutsu., P. Lake, K. McMillan., P. G. Swinton, D. Mullins, "Moving-Surface Boundary-Layer Control for Aircraft Operation at High Incidence", Journal of Aircraft, vol. 18, no, 11, pp. 963-8, (1981).

[5] V. J. Modi., F. Mokhtarian, M. S. U. K. Fernando., T. Yokomizo., "Moving surface boundary-layer control as applied to two-dimensional airfoils", Journal of Aircraft, vol. 28, no,2: pp.104–112, (1991).

[6] V. J. Modi., E. Shih, B. Ying, T. Yokomizo, "Drag reduction of bluff bodies through momentum injection", Journal of Aircraft, vol. 29, no, 3, pp. 429–436. (1992).

[7] P. J. Strykowski, P. J. Sreenivasan, "On the formation and suppression of vortex ’shedding’ at low Reynolds numbers", Fluid Mechanics, 218, Pp. 71–107, (1990).

[8] A. Z. Al-Garni, A. M. Al-Garni, S. A. Ahemd, A. Z. Sahin, "Flow control for an aerofoil with leading edge rotation: an experimental study", Journal of Aircraft, vol. 37, no, 4, pp.  617–622, (2000).

[9] S. Mittal, "Control of flow past bluff bodies using rotating control cylinders", Journal of Fluids and Structures, vol. 15, no, 2, pp. 291-326, (2001).

[10] B. S. V. P. Patnaik, G. W. Wei, "Controlling wake turbulence", Phys Rev Lett, vol. 88, no, 5, pp. 054502-54511-054502-4, (2002).

[11] R. Sahu, B. S. V. Patnaik, "CFD simulation of momentum injection control past a streamlined body", International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 21, no,8, pp. 980-1001, (2011).

[12] E. Salimipour, A. Salimipour, "A  Power minimization and vortex shedding elimination of a circular cylinder by moving surface mechanism", Ocean Engineering, vol. 189, P. 106408, (2019).

[13] G. R. Assi, R. M. Orselli, M. Silva-Ortega,  "Control of vortex shedding from a circular cylinder surrounded by eight rotating wake-control cylinders at Re=100", Journal of Fluids and Structures,  vol. 89, pp. 13-24, (2019).

[14] E. Salimipour, S. Yazdani, "Improvement of aerodynamic performance of an offshore wind turbine blade by moving surface mechanism", Ocean Engineering, vol. 195, P. 106710, (2020).

[15] F. R. Menter, M. Kuntz, R. Langtry,  "Ten years of industrial experience with the SST turbulence model", Turbulence Heat and Mass Transfer, vol. 4, no,1, pp. 625-32, (2003).