ГІДРОДИНАМІКА І АКУСТИКА

Цей документ поширюється згідно з ліцензією CC BY-NC-ND 4.0

2024 ◊ Том 3 (93) ◊ Номер 3 ◊ с. 253-282

О. В. Шеховцов^*

^* Інститут гідромеханіки НАН України, Київ, Україна

Квазітривимірне моделювання нормального тріпотливого польоту пружного мембранного орнітоптера

Gidrodin. akust. 2024, 3(3):253-282     [Дата публікації: 23.12.2024]

МОВА ТЕКСТУ: Українська

АНОТАЦІЯ

Теоретико-експериментальне дослідження аеродинаміки мембранного орнітоптера, який махає крилами в режимі нормального тріпотливого польоту з відривом потоку з передніх крайок крил у нерухомому повітрі, здійснено за допомогою удосконаленого методу дискретних вихорів, узагальненого для в'язких вихрових середовищ. При чисельному моделюванні використовувались результати високошвидкісної відеозйомки махів крил орнітоптера. Розв'язок тривимірної задачі зведено до двовимірних розв'язків для перерізів крила орнітоптера - розглядалась квазітривимірна задача динаміки нестисливого в'язкого середовища. У якості частинного (базового) розв'язку кожної з двовимірних задач використовувався вихор Лемба-Озеена - фундаментальний розв'язок узагальненого рівняння Гельмгольца. При цьому ніяких обмежень на числа Рейнольдса та Струхаля, а також кути атаки не накладалося. Досліджено внесок компонент нормальної сили на крилах орнітоптера. З'ясовано, що в коефіцієнті нормальної сили домінує інерційна компонента, внесок якої може перевищувати 100%. Таким чином, природа аеродинамічних сил на крилах пружного мембранного орнітоптера залежить від миттєвої приєднаної маси та визначається циркуляцією прискорення повітря по контуру, прилеглому до крила орнітоптера. Внески обох інших компонент - циркуляційної та вихрової - виявились малими та негативними, незважаючи на інтенсивне вихроутворення поблизу крила. Запропоновано новий кінематичний параметр - нормальне прискорення задньої крайки перерізу крила, взяте з протилежним знаком. З'ясовано, що для максимізації коефіцієнта вертикальної сили необхідно синхронізувати цей параметр із кутом перекладки відповідного перерізу крила. Застосування запропонованого методу дозволяє успішно розв'язувати тривимірні задачі знаходження аеродинамічних характеристик тонких пружних крил, які махають у режимі нормального тріпотливого польоту. Співставлення результатів розрахунку з експериментом показало, що для довільних кутів атаки та довільних чисел Струхаля та Рейнольдса досягається точність порядку 14% для осереднених за період махів аеродинамічних коефіцієнтів сил.

КЛЮЧОВІ СЛОВА

орнітоптер, тріпотливий політ, пружне крило, удосконалений метод дискретних вихорів, вихор Лемба-Озеена, в'язке вихрове середовище

ЛІТЕРАТУРА