تحلیل عددی رفتار آیرودینامیکی ایرفویل‌های متداول سرعت پایین

این مقاله به بررسی ویژگی‌های آیرودینامیکی ایرفویل‌های naca 0012, 0015, 4415 در محدوده عدد رینولدز پایین 500 تا 2000 پرداخته است. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از یک کد عددی دوبعدی جریان تراکم‌ناپذیر با تفکیک‌پذیری بالا، با استفاده از روش مرز غوطه‌ور با مرز واسط تیز و معادلات ناویر-استوکس ناپایا انجام شده‌اند. هدف این پژوهش، ارائه یک پایگاه داده از تغییرات ضرایب نیرو، مرکز فشار، و عدد استروهال با تغییرات عدد رینولدز، زاویه حمله (5 تا 40 درجه)، و شکل ایرفویل است. نتایج نشان می‌دهند که جریان در عدد رینولدز پایین به دلیل وجود پدیده‌هایی مانند تشکیل و ریزش گردابه کارمن و گردابه لبه حمله، پیچیدگی‌های بسیاری دارد. این رفتار منجر به نوسانات زیاد در ضرایب آیرودینامیکی خصوصاً در حوالی واماندگی می‌شود و شبیه‌سازی باید با دقت زمانی کافی انجام شود. تاثیر شکل ایرفویل عمدتاً در نسبت برآ به پسا و موقعیت مرکز فشار مشاهده شده است، به‌طوری‌که ایرفویل naca 4415 بالاترین عملکرد آیرودینامیکی را ارائه می‌دهد. مقایسه نتایج شبیه‌سازی با داده‌های تجربی موجود در اعداد رینولدز پایین و بالا، صحت مدل عددی به‌کاررفته را تایید می‌کند. این پایگاه داده می‌تواند به‌عنوان مرجعی برای طراحی هواپیماهای کوچک، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین، و پروازهای الهام‌گرفته از طبیعت استفاده شود. همچنین، داده‌های به‌دست‌آمده می‌توانند به بهبود مدل‌های محاسباتی و اعتبارسنجی آن‌ها کمک کنند.

a computational analysis of the aerodynamic behaviors of the low-speed conventional airfoils

this paper investigates the aerodynamic characteristics of naca airfoils 0012, 0015, and 4415 in the low reynolds number range of 500 to 2000. simulations have been performed using a high-resolution two-dimensional incompressible flow code, using the immersed boundary method with a sharp interface and the unsteady navier-stokes equations. the goal of this study is to provide a database of variations in force coefficients, center of pressure, and strouhal numbers as functions of reynolds number, angle of attack (5 to 40 degrees), and airfoil shape. the results reveal that low reynolds number flows exhibit significant complexity due to phenomena such as karman vortex shedding and leading-edge vortex (lev) formation and shedding. these behaviors result in significant fluctuations in aerodynamic coefficients, especially near stall, thus the simulation shoud be performed with adequate temporal accuracy. the effect of airfoil shape is primarily observed in the lift-to-drag ratio and center of pressure, with the naca 4415 airfoil demonstrating the highest aerodynamic performance. comparison of simulation results with available experimental data at both low and high reynolds numbers confirms the validity of the employed numerical model. this database serves as a reference for designing small aircraft, unmanned aerial vehicles, and bio-inspired flight systems. additionally, the obtained data can aid in improving and validating computational models.