فناوری در مهندسی هوافضا

فناوری در مهندسی هوافضا

مطالعه تجربی میدان جریان بال صلب پس‌گرای پرنده‌گون به کمک آشکارسازی جریان

نوع مقاله : یادداشت فنی

نویسندگان
1 دانش آموخته دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
پرواز سرش به‌عنوان یکی از فازهای پروازی بسیار مهم در پرواز پرندگان در طبیعت و نیز انواع پرنده‌گون ساخته شده توسط بشر مطرح بوده است. پژوهش اخیر به آشکارسازی میدان جریان بر روی سطح سه مدل بال در بسامد بال‌زدن صفر پرداخته است. به جهت مطالعه تاثیر اثر پس‌گرایی بر ساختار جریان، سه مدل‌ بال با مقطع هوابر S1223 و بدون پس‌گرایی، بال با پس‌گرایی معمولی 30 درجه و بال با پس‌گرایی 30 درجه الهام گرفته از پرندگان با گوشه منحنی در محل اتصال در نظر گرفته شده‌اند. مدل‌های پرنده‌گون مورد بحث از لحاظ طول وتر و نیز سطح بال مشابه یکدیگر بوده، بدلیل تفاوت در نوع پس‌گرایی، دهانه بال مدل‌ها دستخوش تفاوت ناچیز می‌باشند. آزمایش‌ مدل‌های مورد بحث در تونل باد در زوایای حمله و سرعت‌های مختلف  انجام گرفته است. به‌منظور آشکارسازی میدان جریان، پودر فلوئورسنت و پارافین سطح مدل را پوشش داده و بدین ترتیب ساختار جریان بر روی سطح بال نقش بسته است. تابش نور فرا بنفش بر روی مدل منجر به آشکارسازی میدان جریان شده و اثرات ایجاد شده بر روی سطوح تصویربرداری شده‌است. زاویه حمله به‌عنوان پارامتر متغیر تعیین شده و اثرات آن بر ساختار جریان و گردابه‌های ایجاد شده در شرایط مختلف پس‌گرایی مطالعه شده‌است. نتایج مطالعه نشان می‌دهد در زوایای حمله پایین و قبل از وقوع واماندگی استاتیکی، ناحیه متأثر از حباب جدایش در مدل پرنده‌گون با پس‌گرایی الهام گرفته از پرندگان با گوشه منحنی، از دو مدل بدون پس‌گرایی و پس‌گرای معمولی به حداقل اندازه خود می‌رسد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental flow field investigation of swept bird-like rigid wing by flow visualization technique

نویسندگان English

Hamzeh Eshraghi 1
Mojtaba Ramezani voloojerdi 1
Mahmoud Mani 2
1 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Gliding flight represents one of the most critical phases in both natural avian locomotion and the operation of bio-inspired aerial models. This study investigates the surface flow field over three static wing configurations. To examine the influence of sweep-back on flow structures, three wings with the S1223 airfoil were tested: one without sweep-back, one with a conventional 30° sweep-back, and one with a 30° bird-inspired sweep-back incorporating a curved junction. While all models had identical chord lengths and wing areas, differences in sweep-back geometry led to slight variations in span. The models were evaluated in a wind tunnel under various angles of attack and flow velocities. To visualize the flow patterns, fluorescent powder and paraffin were applied to the wing surfaces, capturing the flow structure through surface imprinting. Ultraviolet illumination highlighted the flow patterns and their effects across the wing surfaces. The angle of attack was a controlled variable used to examine its role in shaping vortex formation and flow behavior across distinct sweep-back configurations. Findings indicate that at low angles of attack and prior to static stall, the separation bubble region was smallest in the bird-inspired model with a curved sweep-back, compared to both the non-swept and conventionally swept wings.

کلیدواژه‌ها English

Experimental method
Flow visualization
Sweep angle
Rigid wing
Bird-like
[1] J. J. Fu, C. Hefler, H. H. Qiu, and W. Shyy, "Effects of aspect ratio on flapping wing aerodynamics in animal flight," Acta Mechanica Sinica, vol. 30, pp. 776-786, 2014, http://dx.doi.org/10.1007/s10409-014-0101-2.
[2] N. A. Razak and G. Dimitriadis, "Experimental study of wings undergoing active root flapping and pitching," Journal of Fluids and Structures, vol. 49, pp. 687-704, 2014, https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2014.06.009.
[3] D. Kumar, T. Goyal, S. K. Vemuri, P. Mohite, and S. Kamle, "Development and analysis of gull inspired UAV flapping wing," in 33rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2015, Paper 3157, http://dx.doi.org/10.2514/6.2015-3157.
[4] M. R. Voloojerdi and M. Mani, "Aerodynamic characteristics of conventional and innovative high lift swept wings," Journal of Bionic Engineering, vol. 16, pp. 432-441, 2019, http://dx.doi.org/10.1007/s42235-019-0035-2.
[5] M. Ramezani Voloojerdi and M. Mani, "Experimental investigation of the effect of flapping on the lift and thrust forces of 3D-wing," Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, vol. 53, no. 3 (Special Issue), pp. 1697-1708, 2021, (in Persian), https://doi.org/10.22060/mej.2021.15292.6090.
­­­[6] M. H. Djavareshkian and Y. Azargoon, "Empirical study of the ground effect on the dynamic stall of a flapping wing in forward flight," Fluid Mechanics and Aerodynamics, vol. 9, no. 2, pp. 113-124, 2021, (in Persian), https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1399.9.2.9.9.
[7] R. Addo-Akoto, J. S. Han, and J. H. Han, "Leading-edge curvature effect on aerodynamic performance of flapping wings in hover and forward flight," Bioinspiration and Biomimetics, vol. 19, no. 5, 2024, Paper. 056007, http://dx.doi.org/10.1088/1748-3190/ad5e50.
[8] M. Zhao, W. He, X. He, L. Zhang, and H. Zhao, "Design and performance analysis of different cambered wings for flapping-wing aerial vehicles based on wind tunnel test," Robotic Intelligence and Automation, vol. 44, no. 5, pp. 698-712, 2024, http://dx.doi.org/10.1108/RIA-01-2024-0006.
[9] M. S. Selig, and J. J. Guglielmo, "High-lift low Reynolds number airfoil design," Journal of Aircraft, vol. 34, no. 1, pp. 72-79, 1997, https://doi.org/10.2514/2.2137

  • تاریخ دریافت 02 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 10 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 17 اردیبهشت 1404
  • تاریخ اولین انتشار 20 خرداد 1404