مطالعه تجربي و عددي اثر پارامترهاي نوساني روي مشتقات پايداري ديناميكي ايرفويل NACA0012

Experimental and Numerical Investigations of Oscillation Parameters Effects on Stability Derivatives of a NACA0012 Airfoil

در اين مقاله سعي شده است تا اثر پارامترهاي نوساني روي هر يك از مشتقات پايداري ديناميكي يك جسم پرنده دو بعدي به صورت هاي تجربي و عددي بررسي شود. به منظور تخمين مشتقات پايداري ديناميكي لازم است پاسخ آيروديناميكي جسم به يك مانور مشخص به دست آيد. در اين تحقيق معادلات حركت جسم به گونه اي بازنويسي شده كه بتوان هر يك از مشتقات پايداري را به صورت جدا از هم در معادلات مشاهده و مانور مناسب را به منظور تعيين آن مشتق پيشنهاد داد. با توجه به معادلات حركت، با ايجاد دو مانور پلانجينگ و پيچش خالص مي توان تمامي مشتقات پايداري موجود در معادله حركت جسم در فضاي دوبعدي را به دست آورد. در ادامه، ايتدا مشتقات پايداري يك ايرفويل با انجام آزمايش براي چند حالت با فركانس و دامنه هاي نوسان مختلف با مانور پلانجينگ به دست آمده است. پس از اعتبارسنجي حل عددي، مشتقات پايداري ايرفويل براي حالت هاي ديگر مانور پلانجينگ و نيز مانور پيچش خالص، محاسبه شدند. بررسي مشتقات پايداري در فركانس ها و دامنه هاي نوسان مختلف نشان داد كه اگر چه مشتقات پايداري مي توانند تابعي از فركانس و دامنه نوسان باشد، اما به ازاي محدوده مورد مطالعه عدد استروهال تغيير محسوسي ندارد.

In this article, a comprehensive procedure is proposed to calculate the stability derivatives of a NACA0012 airfoil by means of wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD). To accomplish maneuverability study and dynamic analysis of the flight vehicle, these derivatives were obtained finding the body aerodynamic responses to some specified time variant motions. Here, on the basis of linearized equations of motion, in which the aerodynamic coefficients appear explicitly, two distinct oscillating maneuvers were considered: plunging and fish-like oscillating motion. To obtain the aerodynamic responses of the moving airfoil, a CFD method based on Reynolds Averaged Navier–Stokes (RANS) equations was used with dynamic mesh technique to simulate the specified maneuvers. The computational results were then validated comparing the wind tunnel tests data of the plunging maneuver. Afterwards, the aerodynamic coefficients were calculated using the resulting loads. Finally, the effects of oscillating motion parameters variations on these coefficients are investigated, which shows that dimensionless coefficients are dependent on the oscillations amplitude and frequency. However, they are independent of the Strouhal number in the studied range.