بررسی عددی رفتار جریان در اطراف ایرفویل تغییرشکل پذیر الاستیک در راستای وتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی

2 دانشجوی فارغ التحصیل کارشناسی ارشد از دانشگاه تبریز

چکیده

در پژوهش حاضر، جریان در اطراف ایرفویل تغییر شکل پذیر در رژیم گذر صوت به صورت عددی مطالعه شده و روش تعامل سیال-سازه برای تحلیل رفتار جریان در حین تغییر شکل ایرفویل به کار گرفته شده است. تمامی شبیه سازی ها در نرم افزار کامسول در حالت دوبعدی و به صورت پایا انجام یافته است. میدان جریان و ایرفویل تغییر شکل پذیر بر اساس فرمول بندی لاگرانژی-اولری قراردادی حل گردیده و بدلیل تطبیق سازی بهتر میدان جریان و مرز های تغییر شکل پذیر در این فرمول بندی، شبکه محاسباتی بعد از تغییر شکل اعوجاج کمتری دارد. مدل آشفته تک  معادلهای Spalart-Allmaras که مدل مناسبی برای جریان های ایرودینامیکی است، برای حل جریان آشفته اطراف ایرفویل به کار گرفته شده است. برای مدل سازی تغییرشکل پذیری الاستیک در راستای وتر، ایرفویل توسط بار گسترده متغیر سهموی در لبه حمله و فرار ایرفویل بارگذاری می شود. مدل شبیه سازی شده با نتایج به دست آمده از ایرفویل صلب در زوایای حمله مختلف مقایسه شده و نتایج حاکی از بهبود قابل توجه پارامت رهای ایرودینامیکی در مقایسه با ایرفویل صلب است. نتایج نشان می دهد که تغییر شکل ایجاد شده در راستای وتر، بهترین شرایط پروازی را برای حالت کروز به وجود می آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Flow Behavior Around Chordwise Morphing NACA 0012

نویسندگان [English]

  • Seyed Esmail Razavi 1
  • Mir Hossein Negahban 2
1 Professor at University of Tabriz
2 M.Sc. Graduate Student of University of Tabriz
چکیده [English]

In the present study, numerical simulation of transonic flow around chordwise morphing airfoil has been accessed. Fluid-Structure interaction for analyzing flow field behavior in conjunction with morphing airfoil is used. In this regard, a two-dimensional finite element model is established and the arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation (ALE), in the flow field and structure configuration is applied to accommodate the deforming boundaries and due to the good conformation of flow filed and deforming boundaries in this formulation, the distortion of computational grid is diminished after the deformation. The procedure incorporates the one-equation Spalart-Allmaras turbulence model which is a suitable model for aerodynamics. In this study, the preferable Mach number for the transonic regime is 0.7. Chordwise elastic deformability by uniformly varying extended parabolic load on both leading and trailing edges is considered for morphing purposes. The model is validated against conventional rigid airfoil for various angles of attack, and the comparisons show considerable improvement in the aerodynamic performance and prove the efficiency of elastic morphing airfoil. Moreover, the ultimate results indicate that chordwise morphing contributes to the best flight conditions for cruise flight which contains a wide flight endurance. All the simulations are steady-state and are carried out by COMSOL Multiphysics software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Morphing airfoil
  • Transonic flow
  • Elastic deformation
  • compressible flow
  • Shock Wave

مراجع

[1].S. Du, H. Ang, Design and feasibility analyses of morphing airfoil used to control flight attitude, Strojniški vestnik-Journal of Mechanical Engineering, 58(1) (2012) 46-55.
[2].E. Dileep, M. Nebish, V. Loganathan, Aerodynamic performance optimization of smart wing using SMA actuator, Research Journal of Recent Sciences, 2(6) (2013) 17-22.
[3].S. Barbarino, W.G. Dettmer, M.I. Friswell, Morphing trailing edges with shape memory alloy rods, in: Proceeding of, 2010.
[4].G. Spirlet, Design of Morphing Leading and Trailing Edge Surfaces for Camber and Twist Control, (2015).
[5].S. Barbarino, O. Bilgen, R.M. Ajaj, M.I. Friswell, D.J. Inman, A review of morphing aircraft, Journal  of intelligent material systems and structures, 22(9) (2011) 823-877.
[6].M.H. Djavareshkian, A. Esmaeli, A. Parsani, Aerodynamics of smart flap under ground effect, Aerospace Science and Technology, 15(8) (2011) 642- 652.
[7].W. Tay, K. Lim, Numerical analysis of active chordwise flexibility on the performance of non- symmetrical flapping airfoils, Journal of Fluids and Structures, 26(1) (2010) 74-91.
[8].W.W. Gilbert, Mission adaptive wing system for tactical aircraft, Journal of Aircraft, 18(7) (1981) 597- 602.
[9].J.-N. Pederzani, H. Haj-Hariri,  Numerical  analysis of heaving flexible airfoils in a viscous flow, AIAA journal, 44(11) (2006) 2773-2779.
[10].  J.  Szodruch,  R.  Hilbig, Variable  wing  camber for transport aircraft, Progress in Aerospace Sciences, 25(3) (1988) 297-328.
[11]. J. Fincham, M. Friswell,  Aerodynamic optimisation of a camber morphing aerofoil, Aerospace Science and technology, 43 (2015) 245-255.
[12]. T.A. Weisshaar, Morphing aircraft systems: historical perspectives and future challenges, Journalof Aircraft, 50(2) (2013) 337-353.
[13]. T.P. Combes, A.S. Malik, G. Bramesfeld, M.W. McQuilling, Efficient fluid-structure interaction method for conceptual design of flexible, fixed-wing micro-air-vehicle wings, AIAA Journal, 53(6) (2015) 1442-1454.
[14]. P. Chinnassamy, Y. Chen, Application of computational fluid dynamics on smart wing design, in: 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2005, pp. 637.
[15]. N. Pern, J. Jacob, Wake vortex mitigation using adaptive airfoils-The Piezoelectric Arc Airfoil, in: 37th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1999, pp. 524.
[16].  T.  Noyon,  W.  Tay,  B.  Van   Oudheusden,  H. Bijl, Effect of chordwise deformation on unsteady aerodynamic mechanisms in hovering flapping flight, International Journal of Micro Air Vehicles, 6(4) (2014) 265-277.
[17]. P. Prempraneerach, F. Hover, M.S. Triantafyllou, The effect of chordwise flexibility on the thrust and efficiency of a flapping foil, Proceedings Unmanned, Untethered Submersible Technology, (2003).
[18]. C.-K. Kang, H. Aono, C.E. Cesnik, W. Shyy, Effects of flexibility on the aerodynamic performance of flapping wings, Journal of fluid mechanics, 689 (2011) 32-74.
[19]. F. Armero, Elastoplastic and viscoplastic deformations in solids and structures, Encyclopedia of Computational Mechanics Second Edition, (2018) 1-41.
[20]. A.F. Duran, R.C. Rovira,  J.M.  Molist,  A numerical formulation to solve the ALE Navier- Stokes equations applied to the withdrawal of magma chambers, Universitat Politècnica de Catalunya, 2000. [21].      T. Ahmed, M.T. Amin, S.R. Islam, S. Ahmed, Computational study of flow around a NACA 0012 wing flapped at different flap angles with varying mach numbers, Global Journal of Research In Engineering, (2014).
[22].       J.     BEAVA,         R.S.     MA,     R.     NORT,     M.P. BURROWS, Measurements of Maximum Lift on z6 Aerofoil Sections at High Mach Number, Technical Report for the Year, 1 (1960) 325.
[23]. Y. Bazilevs, K. Takizawa, T.E. Tezduyar, Computational fluid-structure interaction: methods and applications, John Wiley & Sons, 2013.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 6
بهمن و اسفند 1398
صفحه 1411-1426

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار