Аэродинамический анализ профиля SD7037 с гибким закрылком при малых углах атаки и малых числах Рейнольдса

   С использованием вычислительных методов изучено влияние закрылка беспилотного летательного аппарата с гибкой обшивкой на аэродинамические характеристики профиля SD7037 при низких числах Рейнольдса в диапазоне от 2·10⁵ до 5·10⁵. Исследование проводилось в диапазоне углов атаки (Angles of Attacks, AoAs), связанных с фазой взлета и различными углами закрылка беспилотного летательного аппарата. Численная модель реализована в пакете Siemens STAR-CCM+ с использованием модели турбулентности переноса касательных напряжений κ-ω и модели перехода γ-Reθ, которая обеспечивает приближенное решение уравнений Навье–Стокса. Проверка вычислительного решения выполнена путем сравнения с имеющимися экспериментальными данными, полученными для плоского закрылка. Обнаружено, что результаты довольно хорошо совпадают при более низких AoAs. Показано, что определенные наборы AoAs и углов закрылка могут заметно обеспечить подъемную силу с аэродинамическим качеством выше базовых условий, тем самым улучшая характеристики, особенно на этапе взлета. Установлено, что некоторые комбинации параметров оказались неэффективными, и от них было рекомендовано отказаться. Обнаружено, что гибкая обшивка закрылка обеспечивает более высокий коэффициент подъемной силы, но также и более высокий коэффициент лобового сопротивления при том же диапазоне углов атаки по сравнению с обычным закрылком беспилотного летательного аппарата.

1. Anderson J.D. Introduction to Flight. McGraw Hill, 2015. 928 p.

2. Sadraey M.H. Design of Unmanned Aerial Systems. John Wiley & Sons Ltd., 2020. 637 p.

3. Ooda I.J. Numerical investigation of aerodynamic characteristics of supercritical RAE2822 airfoil with gurney flap // Journal of Engineering. 2022. V. 28. N 6. P. 1–14. doi: 10.31026/j.eng.2022.06.01

4. Abed A.T.M.A. Computational analysis of SD7037 airfoil with plain flap // Archive of Mechanical Engineering. 2024. V. 71. N 4. P. 561–580. doi: 10.24425/ame.2024.151337

5. Frolov V.A., Dong W.M. Lift investigation of airfoil with flaps // Applied Mechanics and Materials. 2014. V. 627. P. 89–92. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.627.89

6. Todorov M.D. Aerodynamic characteristics of airfoil with single slotted flap for light airplane wing // Proc. of the International Conference of Scientific Paper AFASES. 2015. P. 509–515.

7. Srivastava M.S., Aditya C.V.N. Analysis on NACA 2412 airfoil for UAV based on high-lift devices // International Journal of Engineering Applied Sciences and Technology. 2016. V. 1. N 6. P. 13–16.

8. Pracheta D., Anup A., Shahriar A., Saifur R.B. Computational study on effect of flap deflection on NACA 2412 airfoil in subsonic flow // Applied Mechanics and Materials. 2016. V. 829. P. 9–14. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.829.9

9. Thejaraju R., Dana J., Niveditha V.R., Vishal S., Sumanthran A. A study of airfoil flap deflection angle using CFD simulation techniques // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD). 2019. V. 9. Special Issue. P. 125–132.

10. Michna J., Rogowski K., Bangga G., Hansen M.O.L. Accuracy of the Gamma Re-theta transition model for simulating the DU-91-W2-250 airfoil at high reynolds numbers // Energies. 2021. V. 14. N 24. P. 8224. doi: 10.3390/en14248224

11. Ramanan G., Radha Krishnan P., Ranjan H.M. An aerodynamic performance study and analysis of SD7037 fixed wing UAV airfoil // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 47. P. 2547–2552. doi: 10.1016/j.matpr.2021.05.051

12. Abhishek Vinod G., Jothi T.J.S. Effect of flap deflection angle on flow characteristics of aerofoil // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. V. 1189. P. 012039. doi: 10.1088/1757-899X/1189/1/012039

13. Patel V., Rathod V., Patel C. Numerical investigation of M21 aerofoil and effect of plain flapper at various angle of attack // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2070. P. 012153. doi: 10.1088/1742-6596/2070/1/012153

14. Ma Q., Wang J., Zhang Y., Liu X. Parametric research and aerodynamic performance analysis of wind turbine airfoil with added flap // AIP Advances. 2022. V. 12. N 10. P. 105010. doi: 10.1063/5.0109713

15. Salam N., Tarakka R., Jalaluddin, Iriansyah D., Ihsan M. The effects of flap angles on the aerodynamic performances of a homebuilt aircraft wing model // International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research. 2022. V. 11. N 12. P. 908–914. doi: 10.18178/ijmerr.11.12.908-914

16. Radha Krishnan P., Mukesh R., Hasan I., Booma Devi P., Alebachew W.A. Comparative study and aerodynamic analysis of rectangular wing using high-lift systems // International Journal of Aerospace Engineering. 2023. V. 2023. P. 5813557. doi: 10.1155/2023/5813557

17. Soman S., Melvin A., Variya D., Murallidharan J.S. Impact of numerical settings on simulation performance of the Gamma-Re-Theta model for 2D and 3D bluff body transitional flow cases using OpenFOAM // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2023. P. 31–36. doi: 10.1007/978-981-19-6970-6_6

18. Xiao Y., Wang F., Sun P. Numerical simulation of two-dimensional plain flap ground effect based on NACA4412 airfoil // Journal of Physics: Conference Series. 2024. V. 2756. N 1. P. 012049. doi: 10.1088/1742-6596/2756/1/012049

19. Parluhutan Y.M., Fahrudin F., Rhakasywi D. Investigating the impact of plain flap as lift enhancement on symmetrical airfoils // International Journal of Marine Engineering Innovation and Research. 2024. V. 9. N 1. P. 97–104. doi: 10.12962/j25481479.v9i1.19848

20. Ali A.H. Computational method for unsteady motion of two-dimensional airfoil // Journal of Engineering. 2008. V. 14. N 4. P. 1–17. doi: 10.31026/j.eng.2008.04.21

21. Ali A.H. Aerodynamic characteristics of a rectangular wing using non-linear vortex ring method // Journal of Engineering. 2017. V. 23. N 4. P. 1–17. doi: 10.31026/j.eng.2017.04.08

22. Selig M.S., Lyon C.A., Giguère P., Ninham C.N., Guglielmo J.J. Summary of Low-Speed Airfoil Data, V. 2. Virginia Beach, Virginia: SoarTech Publications, 1996.

23. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. V. 32. N 8. P. 1598–1605. doi: 10.2514/3.12149

24. Menter F.R., Langtry R.B., Likki S.R., Suzen Y.B., Huang P.G., Völker S. A correlation-based transition model using local variables // Proc. of the ASME Turbo Expo. 2004. P. 1–11.

25. Versteeg H.K., Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Pearson Education, 2007. 520 p.