Numerical determination of aerodynamic characteristics of an airfoil in a ground effect

В работе изучается движение профиля над экраном на различных относительных высотах. Рассмотрены следующие методы его моделирования: условие неподвижного экрана и метод зеркального отображения для моделирования обращённого движения и условие экрана, движущегося со скоростью профиля, что моделирует прямое движение. Целью работы является выбор метода моделирования экрана, при котором обтекание профиля соответствует действительности и оценка разницы между рассмотренными методами. Задача решена в открытом пакете OpenFOAM методом контрольного объёма, где совместно решены уравнения Навье-Стокса и неразрывности, осреднённые по Рейнольдсу. Произведена верификация и валидация математической модели и найдено сеточно-независимое решение. Выбраны два профиля в плане: сегментный и симметричный. Рассмотрены несколько относительных высот. В работе построены эпюры скоростей под профилем, представлены картины обтекания профилей, исследованы их основные эксплуатационные характеристики: коэффициент подъёмной силы и коэффициент сопротивления в зависимости от относительной высоты. Построено распределение коэффициента давления по поверхности рассматриваемых профилей в зависимости от граничных условий и относительных высот. В результате анализа показано различие происходящих физических процессов при обтекании профилей в прямом и обращённом движении. Данная работа позволяет сделать вывод о том, каким образом проводить физический эксперимент для различных профилей, показывает преимущество использования метода зеркальных отображений или подвижного экрана при проведении эксперимента. In this article the movement of the profile above the screen at different relative heights is reviewed. The following methods of its modeling are considered: the condition of a stationary screen and the method of images for simulating reverse motion and the condition of a screen moving with the profile speed that simulate forward motion are considered. The aim of the work is to select a screen simulation method for a physical experiment. An open-source packet OpenFOAM based on finite-volume method is used to solve the Navier-Stokes and continuity equations averaged by Reynolds method. The mathematical model is verified and validated, and a grid-independent solution is found. Two profiles are selected: segmental and symmetrical. Several relative heights are considered. The velocitiy profiles under the airfoil are constructed, the patterns of the flow around the airfoils are presented. The dependences of coefficients on the studied parameters and the distribution of the pressure coefficient over the profile are studied and analyzed. As a result of the analysis, the difference between the physical processes when flowing around the airfoils is in forward and reverse motion is shown. This work allows us to make a conclusion about how to conduct a model experiment for various profiles, shows the advantage of using the method of images or a movable screen in the experiment.