بهبود بازدة ائرودینامیکی ایرفویل‌های نوسانی رینولدز پایین با استفاده از فلپ های گرنی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 کارشناس ارشد / مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

اصولاً بال وسائل هوایی سرعت‌پایین، که در اعداد رینولدز پایین پرواز می‌کنند، برای افزایش برد و کاهش مصرف سوخت باید همانند پرندگان به‌صورت بال‌زن طراحی شود. اما بررسی ایرفویل‌های نوسانی هارمونی ساده نشان می‌دهد که هرچند در فراحملة نیروی بـرا بیش‌تر از ایرفویل ثابت ایجاد می‌کنند، اما گاهی کاهش این نیرو در فروحمله بسیار زیاد است؛ پس یا باید از مدهای پیچیدة حرکتی استفاده نمود یا ایرفویلی با پروفیل پیچیده طراحی کرد. هدف از تحقیق حاضر بهبود بازدة ائرودینامیکی ایرفویل‌های نوسانی هارمونی سادة سرعت پایین با طراحی فلپ‌ گرنی بر آن ‌می‌ باشد که هم در فراحمله و هم فروحمله بازدة ائرودینامیکی بهتر از ایرفویل نوسانی صاف ارائه دهد. برای این منظور از روش عددی فشار پایه حجم المان محدود روی شبکة متحرک استفاده شده است. در کار حاضر، مکان و ارتفاع فلپ‌های گرنی به‌عنوان دو پارامتر مهم طرح مطالعه شده است. نتایج حاکی از آن است که هرچه فلپ‌ها به لبة ‌فرار نزدیک‌تر باشد، بازدة ائرودینامیکی افزایش می‌ یابد؛ هرچند که ارتفاع آنها باید در یک حد خاص محدود شود. گردابه‌ های تولیدشده توسط ایرفویل فلپ گرنی نقشی اساسی را در بهبود بازدة ائرودینامیکی ایفا می‌ کنند. این گردابه‌ ها از طریق تغییر توزیع فشار و همین‌طور تأثیراتی که بر روی جدایش جریان روی سطح بالایی ایرفویل دارند، سبب افزایش بازدة ائرودینامیکی می‌ شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Aerodynamic improvement of oscillating airfoils efficiency at low Reynolds number by using of Gurney flaps

نویسندگان [English]

  • Alireza Naderi 1
  • Alireza Beiki 2
چکیده [English]

Low speed aerial vehicles which fly at low Reynolds number have been designed like Ornithopter birds to increase the range and reduce fuel consumption. The researches show that although the harmonic oscillating airfoils in upstroke generate more lift than fixed airfoils but sometimes reduction of power at downstroke is enormous. The aim of this study is aerodynamic improvement of low speed simple harmonic oscillation airfoils by using of gurney flap which present better aerodynamic efficiency in upstroke and downstroke than common oscillating airfoils. For this purpose, the pressure based finite volume element numerical method is used on a moving gird. In the present work, the location and height of gurney flaps as the two most important parameters have been studied. The results show, whatever the flaps be closer to trailing edge, the aerodynamic efficiency increases. However, the height should be limited to a certain extent. Generated Vortices by the flap Gurney play a major role in improving aerodynamic efficiency. These vortices by changing the pressure distribution and their effects on flow separation on the upper surface of the airfoil increase aerodynamic efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • oscillating airfoil
  • Gurney flap designing
  • aerodynamic efficiency

[1] Wang, Z.J. “Aerodynamic efficiency of flapping flight: analysis of a two-stroke model.” Journal of Experimental Biology, 2008, 211, pp. 234-238.

[2] Amiralaei, M.R., A. ghanbari, S.M. Hashemi. “An investigation into the effects of unsteady parameters on the aerodynamics of a low Reynolds number pitching airfoil.” Journal of Fluids and Structures, 2010, 26(6), pp. 979-993.

[3] نادری، علیرضا، مسعود دربندی، محمد طیبی رهنی. "بررسی تأثیر نوسان بر ضرایب ائرودینامیکی ایرفویل با یک الگوریتم دقیق عددی"، هفدهمین کنفرانس سالانة مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران.

[4] Post, M.L., T. C. Corke. “Separation control using plasma actuators: Dynamic stall vortex control on oscillating airfoil.” AIAA Journal, 2006, 44(12), pp. 3125-3135.

[5] Rehman, A., K. Kontis. “Synthetic jet control effectiveness on stationary and pitching airfoils.” Journal of Aircraft, 2006, 43(6), pp. 1782-1789.

[6] Brown, L., A. Filippone. “Aerfoil at low speed with Gurney flaps.” The Aeronautical Journal, 2003, pp. 539-564.

[7] Li, Y., J. Wang, P. Zhang. “Influences of mounting angles and locations on the effects of gurney flaps.” Journal of Aircraft, 2003. 40(3), pp. 494-498.

[8] Joo, W., Lee, Bo-Sung, Yee, Kwanjung, Lee, Dong-Ho. “Combining passive control method for dynamic stall control.” Journal of Aircraft, 2006. 43(4), pp.1120-1128.

[9] Yee, K., W. Joo, D.H. Lee. “Aerodynamic performance analysis of a Gurney flap for rotorcraft application.” Journal of Aircraft, 2007. 44(3), pp. 1014-1003.

[10] Wang, J.J., Y. C. Li, K. S. Choi. “Gurney flap-Lift enhancement, mechanisms and applications.” Progress in Aerospace Sciences, 2008. 44(1), pp. 22-47.

[11] Julia, C., et al. “An Experimental Investigation into the Effect of Gurney Flaps on Various Airfoils”, in 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2011, American Institute of Aeronautics and Astronautics.

[12] Greenblatt, D. “Application of Large Gurney Flaps on Low Reynolds Number Fan Blades.” Journal of Fluids Engineering, 2011. 133(2): pp. 021102-021102.

[13] Liebeck, R.H. “Design of Subsonic Airfoils for High Lift.” Journal of Aircraft, 1978. 15(9): pp. 547-561.

[14] Darbandi, M., A. Naderi. “Multiblock hybrid grid finite volume method to solve flow in irregular geometries.” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2006, 196(1–3): pp. 321-336.

[15] Naderi, A., M. Darbandi, M. Taeibi‐Rahni. “Developing a unified FVE‐ALE approach to solve unsteady fluid flow with moving boundaries.” International journal for numerical methods in fluids, 2010. 63(1), pp. 40-68.

[16] Guilmineau, E., P. Queutey. “A numerical simulation of vortex shedding from an oscillating circular cylinder.” Journal of Fluids and Structures, 2002. 16(6): pp. 773-794.

[17] Yang, J., E. Balaras. “An embedded-boundary formulation for large-eddy simulation of turbulent flows interacting with moving boundaries.” Journal of Computational Physics, 2006. 215(1).