Управление динамическими характеристиками обтекаемого колеблющегося крыла

Abstract

Предложен метод численного моделирования обтекаемых колеблющихся тел на основе прямого численного решения классической системы нестационарных трехмерных уравнений Навье-Стокса и неразрывности для несжимаемой вязкой среды с использованием библиотек динамических расчетных сеток и программ собственной разработки пакета OpenFOAM. Представлены результаты расчетов обтекания колеблющихся профилей разной конструкции, включая стандартный крыловой профиль NACA0009 и две его модификации с дополнительным тонким хвостовиком с фиксированной и движущейся кромкой. Определяются их пропульсивные характеристики и структура вихревого следа в зависимости от угла отклонения и частоты колебания. Результаты численного моделирования показали возможность в рамках единой формулировки получать гидродинамические характеристики тонких подвижных и неподвижных профилей, определять локальные отрывы и величины генерируемой завихренности, а также показали зависимость структуры вихревого следа от геометрии профиля и частоты его колебания. Показано, что колеблющийся упругий профиль обладает меньшим сопротивлением по сравнению со стандартным жестким крылом.

A method for numerical simulation of oscillating bodies in an oncoming free stream is proposed on the basis of direct numerical solution of the classical system of unsteady 3D Navier-Stokes and continuity equations for an incompressible viscous medium using dynamic computational mesh libraries and program codes of own development in the frame of the OpenFOAM utility. Computation results arepresented on flows around oscillating profiles with different designs, including the standard airfoil NACA0009, and its two modifications with an extra thin tail with fixed and moving edges. Their propulsive characteristics and the vortex wake structure are studied as functions of deviation angle and oscillation frequency. The numerical results show capability of obtaining the hydrodynamic characteristics of thin moving and fixed profiles in the frame of a single problem formulation and determining local separations and generated vorticity magnitudes. The results obtained demonstrate, as well, the functional dependence of the vortex wake structure on the profile geometry and oscillation frequency. It is shown that the oscillating elastic wing profile has a lower drag as compared to the standard rigid one.