Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một cánh máy bay hình elip quay trong chất lỏng đứng yên và trong dòng chảy song song
Tóm tắt
Bài báo này báo cáo kết quả đo DPIV trên một cánh máy bay hình elip hai chiều quay quanh trục đối xứng của nó trong một chất lỏng đứng yên và trong một dòng chảy song song. Trong trường hợp trước, chúng tôi đã khảo sát ba tốc độ quay (Re
c,Ω = 400, 1,000 và 2,000), và trong trường hợp sau, bốn tốc độ quay (Ro
c,Ω = 2.4, 1.2, 0.6 và 0.4), cùng với hai tốc độ dòng chảy (Re
c,u = 200 và 1,000) và hai cấu hình khởi đầu của cánh máy bay (tức là, dây chằng song song với (α
0 = 0°) hoặc vuông góc (α
0 = 90°) với dòng chảy). Kết quả cho thấy rằng một cánh máy bay quay trong chất lỏng đứng yên tạo ra hai loại cấu trúc vortex khác nhau tùy thuộc vào số Reynolds. Loại đầu tiên xuất hiện tại số Reynolds thấp nhất (Re
c,Ω = 400), nơi mà các vortex tách ra từ hai cạnh hoặc đầu của cánh máy bay đã tản ra nhanh chóng, dẫn đến việc cánh máy bay quay trong một lớp xoáy khuếch tán. Loại thứ hai xảy ra ở các số Reynolds cao hơn (tức là Re
c,Ω = 1,000 và 2,000), nơi mà các vortex tương ứng quay cùng với cánh máy bay. Do hiệu ứng hút vortex, đặc tính mô men xoắn có khả năng bị triệt tiêu mạnh cho loại đầu tiên vì sự tan rã nhanh chóng của vortex, và có nhiều dao động cho loại thứ hai do sự xuất hiện liên tục của các vortex đầu. Trong dòng chảy song song, việc gia tăng tỷ lệ tốc độ đầu (V/U) của cánh máy bay (tức là, giảm số Rossby, Ro
c,Ω) đã biến đổi hình thái dòng chảy từ việc tách vortex định kỳ ở Ro
c,Ω = 2.4 sang việc tạo ra một “vortex treo” ở Ro
c,Ω = 0.6 và 0.4. Sự xuất hiện của vortex treo, mà chưa được báo cáo trong tài liệu trước đây, có khả năng nâng cao các đặc tính nâng của cánh máy bay. Số Reynolds của dòng chảy được tìm thấy có ảnh hưởng tối thiểu đến quá trình hình thành và tách vortex, mặc dù nó nâng cao sự không ổn định của lớp cắt và tạo ra nhiều cấu trúc dòng quy mô nhỏ hơn ảnh hưởng đến động lực học của vortex treo. Tương tự, cấu hình khởi đầu ban đầu của cánh máy bay, trong khi ảnh hưởng đến sự chuyển tiếp dòng chảy trong giai đoạn quay ban đầu, có tác động không đáng kể đến hình thái dòng chảy tổng thể. Thật không may, giới hạn kỹ thuật của thiết bị của chúng tôi đã ngăn cản chúng tôi tiến hành đo lực bổ sung; tuy nhiên, các kết quả được trình bày tại đây, rộng hơn những gì được tính toán bởi Lugt và Ohring (1977), sẽ cung cấp dữ liệu tham khảo hữu dụng, từ đó các tính toán số học tiên tiến hơn có thể được thực hiện để xác định các đặc tính lực tương ứng, đặc biệt cho những điều kiện có sự hiện diện của vortex treo.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Alexander DE (2004) Nature’s flyers: birds, insects, and the biomechanics of Flight. The Johns Hopkins University Press
Bourgoyne DA, Hamel JM, Ceccio SL, Dowling DR (2003) Time-averaged flow over a hydrofoil at high Reynolds number. J Fluid Mech 496:365–404
Heathcote S, Martin D, Gursul I (2004) Flexible flapping airfoil propulsion at zero freestream velocity. AIAA J 42:2196–2204
Iversen JD (1979) Autorotating flat-plate wings: the effect of the moment of inertia, geometry and Reynolds number. J Fluid Mech 92(2):327–348
Lewin GC, Haj-Hariri H (2003) Modelling thrust generation of a two-dimensional heaving airfoil in a viscous flow. J Fluid Mech 492:339–362
Lua KB, Lim TT, Yeo KS, Oo GY (2007) Wake-structure formation of a heaving two-dimensional elliptic airfoil. AIAA J 45:1571–1583
Lua KB, Lim TT, Yeo KS (2008) Aerodynamic forces and flow fields of a two-dimensional hovering wing. Exp Fluids 45(6):1047–1065
Luff JD, Drouillard T, Rompage AM, Linne MA, Hertzberg JR (1999) Experimental uncertainties associated with particle image velocimetry (PIV) based vorticity algorithms. Exp Fluids 26:36–54
Lugt HJ (1980) Autorotation of an elliptic cylinder about an axis perpendicular to the flow. J Fluid Mech 99:817–840
Lugt HJ (1983) Autorotation. Ann Rev Fluid Mech 15:123–147
Lugt HJ, Ohring S (1977) Rotating elliptic cylinders in a viscous fluid at rest or in a parallel stream. J Fluid Mech 79:127–156
McCutchen CW (1977) The spinning rotation of ash and tulip tree samaras. Science 197:691–692
Nair MT, Sengupta TK (1997) Flow past rotating elliptic cylinder. In: Proceedings of 7th ACFM held at IIT Madras, India, pp 705–708
Noca F, Hiels DS, Eon DJ (1997) Measuring instantaneous fluid dynamic forces on bodies, using only velocity fields and their derivatives. J Fluids and Struc 11:345–350
Perry AE, Chong MS, Lim TT (1982) The vortex-shedding process behind two-dimensional bluff-bodies. J Fluid Mech 116:77–90
Rockwell D (2000) Imaging of unsteady separated flows: global interpretation with particle image velocimetry. Exp Fluids 29:255–273
Smith EH (1971) Autorotating wings: an experimental investigation. J Fluid Mech 50(3):513–534
Unal MF, Lin J-C, Rockwell D (1997) Force prediction by PIV imaging: a momentum-based approach. J Fluids Struc 11:965–971