بررسي اثر شيار و برآمدگي بر محل گذر و آيروديناميك ايرفويل و بال پهپادي سرعت پايين

Investigation of groove and bump effects on transition region and aerodynamic of a low speed UAV airfoil and wing

در جريان هاي با عدد رينولدز متوسط، گاهي تقويت اغتشاشات منجر به ناپايداري جريان شده و در نهايت طي فرايند گذر رژيم آرام به آشفته، جريان تمايل دارد از سطح جدا و دوباره به آن بچسبد. در اين گذر، حباب هاي جدايي جريان آرام تشكيل مي‌شوند. درك صحيح فيزيك اين پديده و كنترل آن، بر كيفيت طراحي تجهيزات آيروديناميكي رينولدز متوسط كمك مي‌كند. در اين تحقيق به منظور افزايش راندمان آيروديناميكي و كنترل حباب هاي جدايي روي ايرفويل كلارك و بال با همان مقطع مربوط به يك پهپاد سرعت پايين، از روش ايجاد ناهمگوني به شكل شيار يا برآمدگي استفاده مي‌شود. ابتدا مدل آشفتگي انتخاب و تاثير عدد رينولدز و زاويه حمله بر ابعاد حباب بررسي مي شود. سپس، محل ناهمگوني را با هندسه ثابت از لبه حمله تا لبه فرار تغيير داده و بهترين محل قرارگيري آن ناهمگوني تعيين مي‌شود. همچنين در اين مكان، هندسه آن ناهمگوني را تغيير داده و هندسه مناسب براي دست‌يابي به بيشترين مقدار راندمان مشخص مي‌شود. بر اساس نتايج بدست آمده بهترين مدل براي شبيه‌سازي حباب، مدل گذرا K-Kl-? است. اگر عدد رينولدز جريان افزايش يابد، حباب كوچك و حتي ناپديد مي‌شود. يك مكان مناسب براي به دست آوردن راندمان بالاتر، ايجاد ناهمگوني در محل ناحيه گذر است. با ايجاد شيار روي ايرفويل راندمان آيروديناميكي بيشتري نسبت به ايجاد برآمدگي به دست مي آيد. براي بال، ايجاد شيار يكنواخت در امتداد دهانه آن راندمان بيشتري نسبت به حالتي كه برآمدگي يا حفره‌هاي مجزا ايجاد شود به دست مي آيد كه حدود 16 درصد بيشتر از بال هموار است.

At moderate Reynolds numbers, perturbations may be intensified and laminar flow regime will change to turbulent flow regime. In transition process from laminar to turbulence, the flow tends to separate from a surface and then reattaches to it. As a result, some bubbles are formed which are called laminar separation bubbles. Understanding the physics of the separation bubble phenomenon and controlling them are necessary for proper aerodynamic devices design at moderate Reynolds numbers. This study has tried to enhance the aerodynamic efficiency of a low speed UAV airfoil and wing by using geometric heterogeneity like groove and bump. In this study, firstly, around CLARK-Y airfoil a proper turbulence model is proposed and effective value of Reynolds numbers on bubbles is obtained. Secondly, a geometric heterogeneity is built and moved from leading edge to trailing edge on the airfoil and the performance of this airfoil is evaluated. Thirdly, geometric heterogeneity around the transition zone is changed and its effect on the performance of this airfoil is evaluated. Finally, some grooves and bumps are arranged on the wing and their aerodynamic performance is compared relative to the clean wing. The results show that, the K-Kl-? turbulence model is more accurate than the others, higher Reynolds number results in lower bubble size, nearby transition point position is a good option for building heterogeneity, grooves enhance aerodynamic performance more than bumps, and a continuous groove obtained higher aerodynamic performance than clean wing but discontinuous aligned grooves obtained lower aerodynamic performance than clean wing.