Влияние взмаховых движений крыльев орнитоптера на аэродинамические силы

В представленном исследовании осуществляется численное моделирование аэродинамического обтекания роботизированного орнитоптера, совершающего колебательные движения крыльями. Крылья представляют собой идеализированные поверхности нулевой толщины, что исключает возможность генерации тяги за счет эффекта Кноллера-Бетса. Исследуемый режим обтекания характеризуется скоростью набегающего потока 20 м/с при угле атаки 3 градусов, что обусловливает возникновение значительной подъемной силы даже в отсутствие маховых движений. Указанные параметры соответствуют крейсерскому режиму полета птицы, совершающей активные взмахи крыльями. В рамках данного исследования сложная кинематика махового движения аппроксимируется суперпозицией двух простых периодических движений: 1) вращение плоскостей крыльев вокруг продольной оси птицы; 2) вращение плоскостей крыльев вокруг оси самого крыла. Подобное упрощение кинематической модели позволяет установить количественную зависимость между силовыми характеристиками махового движения и параметрами каждого из составляющих его вращательных колебаний. Учет движения границ расчетной области выполняется с использованием технологии деформируемых расчетных сеток с авторским алгоритмом деформации.

Ключевые слова

орнитоптер; аэродинамика; CFD; деформируемые расчетные сетки.

Литература

1. Jialei Song. Three-Dimensional Flow and Lift Characteristics of a Hovering Ruby-Throated Hummingbird / Jialei Song, Haoxiang Luo, T.L. Hedrick // Journal of The Royal Society Interface. - 2014. - Т. 11, № 98. - С. 1-12.
2. Jialei Song. Three-Dimensional Simulation for Fast Forward Flight of a Calliope Hummingbird / Jialei Song, B.W. Tobalske, D.R. Powers, T.L. Hedrick // Royal Society Open Science. - 2016. - Т. 3, № 6. - С. 1-16.
3. Zhu Lin-Lin. Three-Dimensional Numerical Simulation of a Bird Model in Unsteady Flight / Zhu Lin-Lin, Guan Hui, Wu Chui-Jie // Computational Mechanics. - 2016. - Т. 58, № 1. - С. 328-339.
4. Chui-Jie Wu. Numerical Simulation of Self-Propelled Flying of a Three-Dimensional Bird with Flapping Wings / Chui-Jie Wu, Lin-lin Zhu // International Conference of Applied Science. - 2014. - Т. 1, № 1. - С. 1-10.
5. Zhu Lin-Lin. A Study of a Three-Dimensional Self-Propelled Flying Bird with Flapping Wings / Zhu Lin-Lin, Guan Hui, Wu Chui-Jie // Science China Physics, Mechanics and Astronomy. - 2015. - Т. 58, № 9. - С. 1-16.
6. Beaumont, F. Modeling of Three-dimensional Unsteady Wake Past a Large Migratory Bird during Flapping Flight / F. Beaumont, F. Bogard, S. Murer, G.M. Polidori // WSEAS Transactions on Fluid Mechanics. - 2022. - Т. 17, № 2. - С. 10-17.
7. Zabello, K.K. Self-Consistent Numerical Model of Mosquito Dynamics with Specified Kinematic Parameters of Wing Movement / K.K. Zabello, N.A. Shchur, E.A. Gladysheva, E.Yu. Smirnova, A.V. Popov, V.B. Kazantsev // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. - 2024. - Т. 135, № 1. - Article ID: 108032.