مقايسه‌ي بازده پيشران و استخراج توان ايرفويل‌هاي زيستي و ناكا 0015 در حركات نوساني

Comparison of propulsion efficiency and power extraction of bio inspired flapping airfoil and NACA 0015

در اين تحقيق حركت نوساني انتقال عمودي و زاويه‌اي ايرفويل زيستي و ناكا 0015 به صورت عددي شبيه‌سازي و تاثير فركانس كاسته، دامنه نوسان انتقالي و زاويه‌اي بر ضرايب آيروديناميكي، بازده توان استخراجي و توان پيشران بررسي و نتايج حاصله با يكديگر مقايسه مي‌شود. شبيه‌سازي عددي در رينولدز 1100 كه مطابق با رژيم پروازي حشرات است، با بكارگيري قابليت شبكه ديناميكي نرم‌افزار اُپن‌فوم انجام و جريان ناپايا، تراكم‌ناپذير، لزج و آرام فرض مي‌شود. براي محاسبه ميدان جريان سيال از روش حجم محدود استفاده و مقادير متغيرها در مركز هر حجم كنترل ذخيره مي‌شود. در اين شبيه‌سازي، پارامترهاي فركانس كاسته از 0.05 تا 0.5، دامنه نوسان انتقالي از 0.25 تا 1.75 وتر و دامنه نوسان زاويه‌اي از 15 تا 75 درجه تغيير يافته و اختلاف فاز بين حركت انتقالي و زاويه‌اي ثابت و برابر π ⁄ 2 در نظر گرفته مي‌شود. مقايسه‌ي نتايج حاصله با داده‌هاي موجود و معتبر، صحت مدل‌سازي عددي را تاييد مي‌نمايد. تركيب پارامترهاي حركتي مختلف نظير فركانس كاسته و دامنه نوسان عمودي و زاويه‌اي تعيين مي‌نمايد كه ايرفويل زيستي در رژيم استخراج توان (كار جريان روي ايرفويل)، توليد پيشران (كار ايرفويل روي جريان) يا در وضعيت خنثي (عدم توليد پيشران و توان) قرار مي‌گيرد و از نظر كيفي نيز همانند ايرفويل ناكا عمل مي‌نمايد. نتايج حاصله نشان مي‌دهد كه با تغيير پارامترهاي فركانس كاسته، دامنه نوسان عمودي و زاويه‌اي، هرچه به ناحيه‌ي خنثي نزديكتر باشد ايرفويل زيستي بازده بالاتري نسبت به ايرفويل ناكا نمايش مي‌دهد و با دور شدن از ناحيه‌ي خنثي بازده ايرفويل ناكا بهتر مي‌شود.

In this research, pitching and plunging motion of bio inspired and NACA airfoil are simulated numerically and the effects of reduced frequency, pitching and plunging amplitude on aerodynamic coefficients, power-extraction and propulsion efficiency are investigated and compared with each other. The simulation is done at Reynolds number of 1100 which is correspond to insect flight regime, using dynamic mesh capability of OpenFoam and fluid flow is assumed unsteady, viscous and laminar. Reduced frequency, plunging and pitching amplitudes vary between 0.05-0.5, 0.25-1.75, 15-75 respectively and phase difference between pitching and plunging motion is kept constant at 90 degrees. Comparison of result with published data confirms the validation of research. Combination of different motion parameter such as reduced frequency, pitching and plunging amplitudes determine that bio inspired airfoil acting in power-extraction (fluid works on the airfoil), propulsion (airfoil works on the fluid) or feather (no producing power or propulsion) regime, and qualitatively is the same as NACA airfoil. The obtained results shows that with variation of reduced frequency, pitching and plunging amplitudes, whatever close to the feathering regime, bio inspired airfoil shows higher efficiency than NACA airfoil and vice versa.