فناوری در مهندسی هوافضا

فناوری در مهندسی هوافضا

بررسی تجربی آیرودینامیک ریز ایرفویل با سطح موجدار و استفاده از الگوهای مختلف الهام گرفته از طبیعت

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، سمنان، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، سمنان، ایران
چکیده
در این پژوهش که به شکل تجربی و در تونل باد انجام گرفته، به مطالعه تأثیر موجدار کردن ایرفویل ناکا 0012 بر روی مشخصههای آیرودینامیکی آن پرداخته شده است. بسپس ایرفویل ناکا 0012 موجدار که لبه حمله، لبه فرار، سطح بالایی و سطح پایینی آن به شکل موجدار طراحی شده بود، ساخته شد مورد آزمایش تونل باد قرار گرفت. پس از انجام آزمایش‌ها، ایرفویل موجدار در رینولدزهای 15 هزار و 66 هزار عملکرد آیرودینامیکی بسیار خوبی نسبت به ایرفویل ناکا 0012 ساده از خود نشان داد، به طوری که در رینولدز 15 هزار در زاویه حمله 15 درجه ضریب برآ از 22/0 در ایرفویل ساده به 33/0 در ایرفویل موجدار رسیده که رشدی حدود 50 درصدی نسبت به ایرفویل ساده از خود نشان داد. در رینولدز 66 هزار نیز ضریب برآ پس از زاویه حمله 15 درجه از 57/0 در ایرفویل ساده به 61/0 در ایرفویل موجدار رسید و با رشدی معادل بیش از 7 درصد مواجه شد. در زوایه حمله‌های کمتر از زاویه واماندگی، در ایرفویل موجدار نسبت به ایرفویل ناکا 0012 استاندارد، ضریب برآ بیشتر و ضریب پسای کمتری مشاهده شده است، درنتیجه کارایی در ایرفویل موجدار بعد از زاویه واماندگی به طور قابل توجهی افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental study of the aerodynamics of micro airfoils with wavy surface and the use of different patterns inspired by nature

نویسندگان English

Mehdi Abedi 1
Ramin Zakeri 2
1 M.Sc. Student,, Department of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Semnan. Iran
2 Department of Mechanical Eng. / Shahrood University of Technology, Shahrood, Semnan. Iran
چکیده English

Enhancing the aerodynamic performance of airfoils, minimizing drag, and controlling flow separation are key objectives in aerospace research, pursued through various methods. A miniature wind tunnel with a test section of 100 × 100 mm was designed and constructed for this study to enable experimental testing of low-volume models at low Reynolds numbers. Given the increasing application of small-scale flying devices and the limited research available at low Reynolds numbers, this study experimentally investigates the aerodynamic behavior of a micro-scale airfoil. Specifically, the influence of surface corrugation on the aerodynamic performance of a NACA 0012 airfoil was examined. For validation, a standard NACA 0012 airfoil was fabricated and tested in the wind tunnel, followed by a corrugated version with wavy contours on the leading edge, trailing edge, upper surface, and lower surface. At Reynolds numbers of 15,000 and 66,000, the corrugated airfoil exhibited superior aerodynamic performance compared to the baseline configuration. At Re = 15,000 and an angle of attack of 15°, the lift coefficient (Cl) increased from 0.22 for the standard airfoil to 0.33 for the corrugated design, representing a ~50% improvement. At Re = 66,000, the drag coefficient (Cd) beyond the 15° angle of attack increased from 0.57 in the standard airfoil to 0.61 in the corrugated one, indicating a growth of over 7%. Below the critical angle of attack, the corrugated airfoil demonstrated higher lift and lower drag than the standard NACA 0012 airfoil, resulting in significantly improved aerodynamic efficiency beyond the critical point

کلیدواژه‌ها English

Keywords: Wavy Airfoil
Wind Tunnel
Stall
Lift
Drag
[1] P. Okonkwo and S. Howard, "Review of evolving trends in blended wing body aircraft design," Progress in Aerospace Sciences," vol. 82, pp. 1-23, 2016, https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2015.12.002.
[2] F. Fish and J. Battle, "Hydrodynamic design of the humpback whale flipper," Journal of Morphology, vol. 225, no 1, pp, 51-60, 1995, https://doi.org/10.1002/jmor.1052250105.
[3] P. Watts and F. Fish "The influence of passive, leading edge tubercles on wing performance," Bioinspiration and Biomimetics, vol. 69, pp. 281-289, 2017, https://10.1088/1748-3190/11/3/036003.
[4] D. Miklosovic, M. Murray, L. E. Howle, and F. Fish "Leading-edge tubercles delay stall on humpback whale (Megaptera novaeangliae) flippers," Physics of Fluids, vol. 16, no. 5, pp. 39-42, 2004, https://doi.org/10.1063/1.1688341.
[5] H. Johari, C. Henoch, D. Custodio, and A. Levshin, "Effects of leading-edge protuberances on airfoil performance," AIAA Journal, vol. 45, no. 11, pp. 2634-2642, 2007, https://doi.org/10.2514/1.28497.
[6] E. A. Van Nierop, S. Alben, and M. P. Brenner, "How bumps on whale flippers delay stall: an aerodynamic model," Physical Review Letters, vol. 100, no. 5, 2008, Art. no. 054502, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.054502.
[7] A. G. Domel, M. Saadat, J. C. Weaver, H. Haj-Hariri, K, Bertoldi, and G. V. Lauder, "Shark skin-inspired designs that improve aerodynamic performance," Journal of the Royal Society Interface, vol. 15, no. 139, 2018, Art. no. 20170828, https://doi.org/10.1098/rsif.2017.0828.
[8] M. A. Khan and C. Padhy, "Aerodynamic characterization of bio-mimicked pleated dragonfly aerofoil," International Journal of Aviation, Aeronautics, and Aerospace, vol. 8, no. 2, pp. 3, 2021, https://doi.org/10.15394/ijaaa.2021.1562.
[9] P. Ranjan and R. E. Breidenthal, "Characteristics of an airfoil with stationary vortices," Research Letter, vol. 1, no. 1, pp. 1, 2013.
[10] F. Moazzami, M. Pasandide-fard, and K. Malekzade-fard, "Effect of airfoil wavy surface on aero dynamic coefficients," Journal of Technology in Aerospace Engineering, vol. 1, no. 3, pp. 41-47, 2018, (in Persion).
[11] J. E. Guerrero, D. Maestro, and A. Bottaro, "Biomimetic spiroid winglets for lift and drag control," Comptes Rendus Mecanique, vol. 340, no. 1, pp. 67-80, 2012, https://doi.org/10.1016/j.crme.2011.11.007.
[12] K. Lam, Y. L. Lin, Y. Liu, and L. Zou, "Numerical investigation of flow past a wavy airfoil," Applied Mechanics and Materials, vol. 110, no. 116, pp. 4269–4275, 2011, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.110-116.4269.
[13] G. K. Ananda, P. P. Sukumar, and M. S. Selig, "Measured aerodynamic characteristics of wings at low Reynolds numbers," Aerospace Science and Technology, vol. 42, pp. 392-406, 2015, https://doi.org/10.1016/j.ast.2014.11.016.
[14] S. Martínez-Aranda, A. García-González, L. Parras, J. Velázquez-Navarro, and C. Del Pino, "Comparison of the aerodynamic characteristics of the NACA0012 airfoil at low-to-moderate Reynolds numbers for any aspect ratio," International Journal of Aerospace Sciences, vol. 4, no. 1, pp. 1-8, 2016

  • تاریخ دریافت 16 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 26 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش 07 فروردین 1403
  • تاریخ اولین انتشار 29 اردیبهشت 1403