تحليل عددي جريان چرخشي بالاي يك بال كِرَنت‌كايت در مجاورت زمين

Numerical Analyses of the Vortical Flow over the Cranked Kite Wing in Ground Proximity

در طي فازهاي نشست و برخاست، ساختارهاي جريان و نيروهاي آيروديناميكي متفاوت از ميدان جريان آزاد است. ديناميك سيالات محاسباتي جهت مطالعۀ ميدان جريان يك بال كِرَنت‌كايت در ناحيۀ اثر سطح با تمركز بر مطالعه رفتار گردابه‌ها استفاده شده است. زواياي حمله و ارتفاعات مختلف در سرعت جريان آزاد 70m/s بررسي شده است. معيار كيو نشان مي‌دهد كه در اثر سطح، رفتار گردابه‌ها در زاويه حملۀ 2° با 0° و زاويه حملۀ 8° با زواياي 4° و 6° مشابه است. بر طبق توپولوژي بردارهاي گردايان فشار در زاويه حملۀ 2°، مركز تمامي گردابه‌ها در اثر سطح تقريباً ثابت مي‌ماند. گردابي باقيمانده محوري، سرعت محوري و مكش القاشده تمامي گردابه‌ها افزايش مي‌يابد و ايزوسطح‌هاي‌‌ معيار كيو قطورتر مي‌شوند. در زاويه حملۀ 8° با كاهش ارتفاع، گردابي باقيمانده محوري در گردابه اوليه و گردابه محل شكستگي بال به ترتيب افزايش و كاهش مي‌يابد. هم‌چنين، گردابه محل شكستگي به گردابه اوليه نزديك مي‌شود و از سطح بال فاصله مي‌گيرد. در زاويه حملۀ 8°، فروپاشي گردابه ثانويه به بالادست جريان انتقال مي‌يابد و تا قبل از فروپاشي قوي‌تر مي‌شود. ساختار منسجم گردابه بين لبه حمله و گردابه محل شكستگي در اثر سطح از بين مي‌رود و حباب بازچرخشي روي سطح بال تشكيل مي‌شود. با كاهش ارتفاع، بيش‌ترين نمو ضرايب برآ و پسا روي سطح زيرين بال اتفاق مي‌افتد.

In during take-off and landing phases, flow structures and aerodynamics forces differ from the unbounded flow field. Computational fluid dynamics were used to study the flow field of a cranked kite wing with the focus on studying vortices treatment. Different Angles of attack and heights were investigated at the freestream 70m/s. Q-criteria shows that in ground effect, vortices treatment is at angles of attack 2°, similar to 0° and angle of attack 8° similar to angles 4° and 6°.According to the topology of pressure gradient vectors at the angle of attack 2°, the center of all vortices in ground effect is fixed approximately. Axial residual vorticity, axial velocity and induced suction of all vortices increase and isosurfaces of Q-criteria become thicker. At the angle of attack 8° with decreasing height, axial residual vorticity of the primary vortex and the wing kink location vortex increase and decrease respectively. Also, the kink location vortex approaches the primary vortex and it takes away from the wing surface. At the angle of attack 8°, the coherent structure of vortex between leading edge and the kink location vortex breaks down in ground effect and recirculation bubble form on the wing surface. With decreasing height, the most drag and the lift coefficients increment occur on the lower surface of the wing.