Влияние плазменных актуаторов на аэродинамические характеристики профиля NACA 23012


Авторы

Суранов Я. С.1*, Уманский А. О.1**, Мурашов Ю. В.2***, Образцов Н. В.1****

1. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия
2. ООО "ЛАДОГА-ЭНЕРГО", Кировск, Ленинградская область, Россия

*e-mail: jan.suranov@mail.ru
**e-mail: alex_umanskij997@mail.ru
***e-mail: iuriimurashov@gmail.com
****e-mail: obraztsov_nv@spbstu.ru

Аннотация

Развитие вычислительных систем и программного обеспечения позволяет значительно повысить точность прогнозирования аэродинамических характеристик летательных аппаратов. В данной работе представлена связанная модель, объединяющая эффекты диэлектрического барьерного разряда (ДБР) и вычислительной гидродинамики (CFD) для анализа летно-технических характеристик аэродинамического профиля. Исследование выполнено на примере профиля NACA 23012. Численные расчёты проводились с использованием программных комплексов COMSOL Multiphysics и ANSYS CFX, где математическая модель базируется на стационарных (RANS) и нестационарных (URANS) уравнениях Рейнольдса. В работе проведён сравнительный анализ различных моделей и валидации на основе экспериментальных данных. Особое внимание уделено интеграции модели ДБР с CFD, что позволяет учесть активное управление потоком за счёт плазменных актуаторов и сдвига точки отрыва, демонстрируя перспективность их применения.

Ключевые слова:

аэродинамический профиль, аэродинамика, диэлектрический барьерный разряд, ДБР, плазменные актуаторы

Список источников

  1. Nakhchi M.E., Naung S.W., Rahmati M. High-resolution direct numerical simulations of flow structure and aerodynamic performance of wind turbine airfoil at wide range of Reynolds numbers // Energy. 2021. V. 225, P. 120261. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120261
  2. Гарипова Л.И., Батраков А.С., Кусюмов А.Н. Учет динамических условий обтекания профиля при решении задачи определения балансировочных углов несущего винта вертолета // Труды МАИ. 2017. № 95. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=84439
  3. Spalart P.R., Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows // 30th aerospace sciences meeting and exhibit. 1992. P. 439. DOI: 10.2514/6.1992-439
  4. Ша М., Агульник А.Б., Яковлев А.А. Анализ результатов математического моделирования натекания дозвукового потока на профили лопаток в двухмерной постановке // Труды МАИ. 2017. № 93. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=80297
  5. Spalart P.R. Strategies for turbulence modelling and simulations // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2000. V. 21, No. 3. P. 252-263. DOI: 10.1016/S0142-727X(00)00007-2
  6. Menter F.R. Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective // International Journal of Computational Fluid Dynamics. 2009. V. 23, No. 4. P. 305-316. DOI: 10.1080/10618560902773387
  7. Vigneswaran C.M., Kumar V.G. Aerodynamic performance analysis of co-flow jet airfoil // International Journal of Aviation, Aeronautics, and Aerospace. 2021. V. 8, No. 1. P. 1555. DOI: 10.15394/ijaaa.2021.1555
  8. Dehaeze F., Barakos G.N., Batrakov A.S., Kusyumov A.N., Mikhailov S.A. Simulation of flow around aerofoil with DES model of turbulence // Trudy MAI. 2012. No. 59. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=34840
  9. Битюрин В.А., Ефимов А.В., Казанский П.Н., Моралев И.А. Управление аэродинамическим качеством модели крылового профиля NACA 23 012 с помощью поверхностного высокочастотного разряда // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52, № 4. С. 504. DOI: 10.7868/S0040364414040048
  10. Benard N., Jolibois J., Moreau E. Lift and drag performances of an axisymmetric airfoil controlled by plasma actuatorr // Journal of Electrostatics. 2009. V. 67, No. 2. P. 133-139. DOI: 10.1016/j.elstat.2009.01.008
  11. Huang J., Corke T.C., Thomas F.O. Plasma actuators for separation control of low-pressure turbine blades // AIAA Journal. 2006. V. 44, No. 1. P. 51-57. DOI: 10.2514/1.2903
  12. Suzen Y.B., Huang P.G. Simulations of flow separation control using plasma actuators // 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2006. P. 877. DOI: 10.2514/6.2006-877
  13. Enloe C.L., McLaughlin T.E., VanDyken R.D., Kachner K.D., Jumper E.J., Corke T.C. Mechanisms and Responses of a Single Dielectric Barrier Plasma Actuator: Plasma Morphology // AIAA Journal. 2004. V. 42, No. 3. P. 589-594. DOI: 10.2514/1.2305
  14. Sohbatzadeh F., Soltani H. Time-dependent one-dimensional simulation of atmospheric dielectric barrier discharge in N2/O2/H2O using COMSOL Multiphysics // Journal of Theoretical and Applied Physics. 2018. V. 12, No. 1. P. 53-63. DOI: 10.1007/s40094-018-0281-4
  15. Datta A., Nixon M., Chopra I. Review of rotor loads prediction with the emergence of rotorcraft CFD // Journal of the American Helicopter Society. 2007. V. 52, No. 4. P. 287-317. DOI: 10.4050/JAHS.52.287
  16. Obeid S., Ahmadi G., Jha R. NARMAX Identification Based Closed-Loop Control of Flow Separation over NACA 0015 Airfoil // Fluids. 2020. V. 5, No. 3. P. 100. DOI: 10.3390/fluids5030100
  17. Thomas J.L., Salas M.D. Far-field boundary conditions for transonic lifting solutions to the Euler equations // AIAA Journal. 1986. V. 24, No. 7. P. 1074-1080. 
  18. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. 2003. P. 625 - 632.
  19. Тарасов А.Л. Численное исследование особенностей обтекания вертолетных профилей в эксплуатационном диапазоне изменения углов атаки и чисел Маха // Труды МАИ. 2023. № 131. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=175919. DOI: 10.34759/trd-2023-131-13
  20. Douvi C. Eleni. Evaluation of the turbulence models for the simulation of the flow over a National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) 0012 airfoil // Journal of Mechanical Engineering Research. 2012. V. 4, No. 3. DOI: 10.5897/jmer11.074
  21. Oberkampf W.L., Trucano T.G. Verification and validation in computational fluid dynamics // Progress in Aerospace Sciences. 2002. V. 38, No. 3. P. 209-272. DOI: 10.1016/S0376-0421(02)00005-2
  22. Rivero A.E., Fournier S., Manolesos M., Cooper J.E., Woods B.K. Wind tunnel comparison of flapped and fishbac camber variation for lift control // AIAA Scitech 2020 Forum. 2020. P. 1300. DOI: 10.2514/6.2020-1300
  23. Pouryoussefi S.G., Mirzaei M., Nazemi M.M., Fouladi M., Doostmahmoudi A. Experimental study of ice accretion effects on aerodynamic performance of an NACA 23012 airfoil // Chinese Journal of Aeronautics. 2016. V. 29, No. 3. DOI: 10.1016/j.cja.2016.03.002
  24. Schenk O., Gärtner K. Encyclopedia of Parallel Computing. Springer, Boston, 2011. P. 1458-1464. DOI: 10.1007/978-0-387-09766-4_90
  25. Moralev I., Klimov A., Bityurin V., Kazansky P. Lift and drag control of NACA 23012 airfoil model by surface HF Plasma Actuator // 52nd AIAA Aerospace Sciences Meeting - AIAA Science and Technology Forum and Exposition. 2014. National Harbor, MD. DOI: 10.2514/6.2014-1263


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход