مقایسه‌ی بازده پیشران و استخراج توان ایرفویل‌های زیستی و ناکا 0015 در حرکات نوسانی

در این تحقیق حرکت نوسانی انتقال عمودی و زاویه‌ای ایرفویل زیستی و ناکا 0015 به صورت عددی شبیه‌سازی و تاثیر فرکانس کاسته، دامنه نوسان انتقالی و زاویه‌ای بر ضرایب آیرودینامیکی، بازده توان استخراجی و توان پیشران بررسی و نتایج حاصله با یکدیگر مقایسه می‌شود. شبیه‌سازی عددی در رینولدز 1100 که مطابق با رژیم پروازی حشرات است، با بکارگیری قابلیت شبکه دینامیکی نرم‌افزار اُپن‌فوم انجام و جریان ناپایا، تراکم‌ناپذیر، لزج و آرام فرض می‌شود. برای محاسبه میدان جریان سیال از روش حجم محدود استفاده و مقادیر متغیرها در مرکز هر حجم کنترل ذخیره می‌شود. در این شبیه‌سازی، پارامترهای فرکانس کاسته از 0.05 تا 0.5، دامنه نوسان انتقالی از 0.25 تا 1.75 وتر و دامنه نوسان زاویه‌ای از 15 تا 75 درجه تغییر یافته و اختلاف فاز بین حرکت انتقالی و زاویه‌ای ثابت و برابر pi; frasl;2 در نظر گرفته می‌شود. مقایسه‌ی نتایج حاصله با داده‌های موجود و معتبر، صحت مدل‌سازی عددی را تایید می‌نماید. ترکیب پارامترهای حرکتی مختلف نظیر فرکانس کاسته و دامنه نوسان عمودی و زاویه‌ای تعیین می‌نماید که ایرفویل زیستی در رژیم استخراج توان (کار جریان روی ایرفویل)، تولید پیشران (کار ایرفویل روی جریان) یا در وضعیت خنثی (عدم تولید پیشران و توان) قرار می‌گیرد و از نظر کیفی نیز همانند ایرفویل ناکا عمل می‌نماید. نتایج حاصله نشان می‌دهد که با تغییر پارامترهای فرکانس کاسته، دامنه نوسان عمودی و زاویه‌ای، هرچه به ناحیه‌ی خنثی نزدیکتر باشد ایرفویل زیستی بازده بالاتری نسبت به ایرفویل ناکا نمایش می‌دهد و با دور شدن از ناحیه‌ی خنثی بازده ایرفویل ناکا بهتر می‌شود.

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

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, powerextraction 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. In order to computation of fluid flow field, control volume method is used and value of variables store at the center of control volume. Reduced frequency, plunging and pitching amplitudes vary between 0.050.5, 0.251.75, 1575 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 powerextraction (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.