Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự quá tải động của cánh mỏng và hiện tượng quá tải tại đầu cánh của cánh dao động ở số Reynolds thấp
Tóm tắt
Bài báo này điều tra các đặc tính khí động học không ổn định của một tấm phẳng dao động và cánh NACA 0012 xung quanh góc tấn (AoA) gần với góc quá tải tĩnh của chúng tại số Reynolds thấp, 3.2 × 10^4. Chuyển động dao động kinematic được mô tả bằng một hàm sin trong đó tần số dao động và biên độ là biến đổi. Cả phương pháp thí nghiệm và phương pháp số đều được áp dụng trong không gian hai chiều. Thí nghiệm nhằm mục đích đo lường trực tiếp các lực khí động và moment. Đối với mô phỏng số, mô hình SST (Shear Stress Transport) gamma theta được sử dụng để giải quyết trường dòng không ổn định và tính toán các hệ số nâng (CL). Có sự phù hợp tốt về mặt định tính giữa kết quả thí nghiệm và số cho CL, điều này cho thấy tính khả thi của mô hình RANS đã được sửa đổi trong trường hợp chuyển tiếp dòng chảy. Nói chung, NACA 0012 bị ảnh hưởng lớn bởi tác động động so với tấm phẳng. Đối với một tần số giảm nhất định, hình dạng của vòng kín CL cho thấy một số đặc điểm phân biệt; quá trình tái gắn kết dòng chảy của NACA 0012 chậm hơn so với tấm phẳng trong giai đoạn hạ xuống, do đó một quá trình chuyển tiếp mượt mà của CL được quan sát; vẫn có các vortex phát ra từ mép sau ngay cả ở những góc tấn nhỏ, dẫn đến sự không ổn định cục bộ của CL. Bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của tần số giảm (K) và biên độ, phát hiện rằng AoA tương ứng với CL tối đa nhạy cảm hơn với tần số giảm và tốc độ gốc giảm (a') là tham số chính xác định góc quá tải động cho cả tấm phẳng và NACA 0012. Ngoài ra, các kết quả cho K = 0.07 cho thấy hệ số nâng và hệ số cản tại góc tấn tối đa gần với giá trị tĩnh của chúng cho các biên độ và hình học cánh đã thảo luận.
Từ khóa
#Khí động học #cánh dao động #góc tấn #số Reynolds thấp #mô hình RANS #lực khí động.Tài liệu tham khảo
G.B. McCullough and D.E. Gault, “Examples of three representative types of airfoil-section stall at low speed,” NASA Technical Note 2502 (1951).
J.W. Ward, “The behaviour and effects of laminar separation bubbles on aerofoils in incompressible flow,” J. Aeronaut. Sci. 67 (636), 783–790 (1963).
P. Crimi and B. Reeves, “A method for analyzing dynamic stall,” 10th Aerospace Sciences Meeting, p. 37 (1972).
W.J. McCroskey, “The phenomenon of dynamic stall,” NASA Tech. Memo. 81264 (1981).
W.J. McCroskey, L.W. Carr, and K.W. McAlister, “Dynamic stall experiments on oscillating airfoils,” AIAA J. 14 (1), 57–63 (1976).
K.W. McAlister, L.W. Carr, and W.J. McCroskey, “Dynamic stall experiments on the NACA 0012 airfoil,” NASA Technical Paper 1100 (1978).
P. Wernert, W. Geissler, M. Raffel, and J. Kompenhans, “Experimental and numerical investigations of dynamic stall on a pitching airfoil,” AIAA J. 34 (5), 982–989 (1996).
A.B. Linn, “Determination of average lift of a rapidly pitching airfoil,” Worcester Polytechnic Institute (1999).
P. Gerontakos, “An experimental investigation of flow over an oscillating airfoil,” Dissertation, McGill University (2004).
A. Krzysiak, “Experimental investigation of a dynamic stall on the oscillating NACA 0012 airfoil,” Prace Instytutu Lotnictwa, 1–52 (2006).
C.P. Ellington, C. Van Den Berg, A.P. Willmott, and A.L.R. Thomas, “Leading-edge vortices in insect flight,” Nature, 384 (6610), 626 (1996).
D.J. Pines and F. Bohorquez, “Challenges facing future micro-air-vehicle development,” J. Aircraft 43(2), 290–305 (2006).
M.F. Platzer, K.D. Jones, J. Young, and J. C.S. Lai, “Flapping wing aerodynamics: progress and challenges,” AIAA J. 46 (9), 2136–2149 (2008).
M. Okamoto and A. Azuma, “Aerodynamic characteristics at low Reynolds number for wings of various plan-forms,” AIAA J. 49 (6), 1135–1150 (2011).
W. Shyy, H. Aono, C. Kang, and H. Liu, An Introduction to Flapping Wing Aerodynamics (Univ. Press, Cambridge, 2013).
M. Mizoguchi and H. Itoh, “Effect of aspect ratio on aerodynamic characteristics of rectangular wings at low Reynolds numbers,” 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2012, p. 52.
D.H. Kim and J.W. Chang, “Unsteady boundary layer for a pitching airfoil at low Reynolds numbers,” J. Mech. Sci. Technol. 24 (1), 429–440 (2010).
D.H. Kim and J.W. Chang, “Low-Reynolds-number effect on the aerodynamic characteristics of a pitching NACA 0012 airfoil,” Aerospace Sci. Technol. 32 (1), 162–168 (2014).
A. Naderi, M. Mojtahedpoor, and A. Beiki, “Numerical investigation of non-stationary parameters on effective phenomena of a pitching airfoil at low Reynolds number,” J. Appl. Fluid Mech. 9, 2 (2016).
G. Bangga and H. Sasongko, “Dynamic stall prediction of a pitching airfoil using an adjusted two-equation URANS turbulence model,” J. Appl. Fluid Mech. 10 (1), 1–10 (2017).
Y. Yu, X. Amandolese, C. Fan, and Y Liu, “Experimental study and modelling of unsteady aerodynamic forces and moment on flat plate in high amplitude pitch ramp motion,” J. Fluid Mech. 846, 82–120 (2018).
F.R. Menter, R.B. Langtry, S.R. Likki, Y.B. Suzen, P.G. Huang, and S. Völker, “A correlation-based transition model using local variables—part I: Model formulation,” J. Turbomach. 128 (3), 413–422 (2006).
R.B. Langtry, F.R. Menter, S.R. Likki, Y.B. Suzen, P.G. Huang, and S. Völker, “A correlation-based transition model using local variables—part II: Test cases and industrial applications,” J. Turbomach. 128 (3), 423–434 (2006).
S. Roy, Z. Huque, K. Lee, and R. Kommalapati, “Turbulence model prediction capability in 2D airfoil of NREL wind turbine blade at stall and post stall region,” J. Clean Energy Technol. 5 (6) (2017).
D. Poirel, Y. Harris, and A. Benaissa, “Self-sustained aeroelastic oscillations of a NACA 0012 airfoil at low-to-moderate Reynolds numbers,” J. Fluids Structures 24 (5), 700–719 (2008).