Исследование влияния формы профиля машущего крыла на аэродинамику полёта
Автор: Ангелина Рафильевна Баймуратова
Соавторы: Нуриев Артём Наилевич
Организация: Казанский (Приволжский) федеральный университет
Интерес к применению машущего крыла в качестве движителя для летательного аппарата связан с его высокой энергоэффективностью по сравнению с традиционными пропульсивными системами. Использование такого движителя выглядит особо перспективным для малогабаритных устройств, сравнимых с размером птиц или насекомых. Исследование машущего полета проводятся достаточно давно, начиная с 20х годов прошлого века. Большинство работ по этой теме посвящено определению оптимальным параметрам движения крыла и гораздо меньшее количество — влиянию геометрии крыла на характеристики пропульсивного движения.
В данном исследовании используются аналитический и численный подходы для изучения зависимости аэрогидродинамики машущего цилиндрического крыла от формы его поперечного сечения. Рассматриваются различные профили сечения крыла с варьированием геометрических параметров: эллиптический цилиндр с изменяемым соотношением полуосей b и симметричный сглаженный профиль Жуковского с изменяемым параметром r, отвечающим за заострение задней кромки. Задача о машущем движении крыла в вязкой несжимаемой жидкости решается в двумерной постановке. В работе исследуются крейсерские режимы движения тела, в которых средняя за период сила, действующая на тело со стороны жидкости, равна нулю.
В рамках аналитического подхода в работе была получена формула для определения значения крейсерской скорости движения. Численное моделирование на основе метода конечных объёмов дало возможность более детально исследовать влияние формы профиля на структуру потока и гидродинамические характеристики.
Результаты исследования показывают, что при заданных параметрах амплитуды КС, частоты β и угле Θ колебаний изменение геометрических параметров крыльев приводит к смене направления движения. Визуализация режимов движения для крыльев разной формы представлена на рисунке (см. Рис.).
При одних и тех же параметрах колебаний аэрогидродинамика машущих крыльев с разными, но близкими по форме, профилями может принципиально отличаться.
