Numerical Analysis of the Effect of the Non-Sinusoidal Trajectories on the Propulsive Performance of a Bionic Hydrofoil

سال انتشار: 1401
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 179

فایل این مقاله در 9 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JAFM-15-3_023

تاریخ نمایه سازی: 18 خرداد 1401

چکیده مقاله:

Aquatic animals usually generate the effective propulsive force via non-sinusoidally flapping their fins. Inspired by the kinematics of fish, the propulsive characteristics of a NACA۰۱۲ hydrofoil is numerically studied in this paper. The combination of non-sinusoidal heaving and pitching motions is adopted in the two-dimensional hydrofoil kinematics parameters. The elliptic function and the flattening parameter S are introduced to achieve the varieties of non-sinusoidal periodic motions. The numerical model is established by using the commercial computational fluid dynamic solver STAR-CCM+, and the code is verified by comparing with the published experimental results. The Reynolds number is fixed at ۴۰,۰۰۰ in all the numerical simulations. The results show that the non-sinusoidal trajectories affect the propulsive performance by affecting the angle of attack (AOA), the hydrodynamics of the foil and the flow structure behind the foil. The non-sinusoidal flapping trajectories can improve significantly the thrust coefficient at the same kinematics parameters compared with the sinusoidal motions in most cases. However, they may reduce the propulsive efficiency. When the values of S are greater than ۱, the improvement of thrust coefficient acquired with the non-sinusoidal motions is more obvious. The wake pattern is also discussed which indicates that the strong leading-edge vortices results in the decrease of the propulsive efficiency acquired by the non-sinusoidal trajectories. It is possible to apply the non-sinusoidal motions of a flapping foil to improve propulsive performance of the underwater bionic machine.

نویسندگان

F. Li

College of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, ۱۱۶۰۲۶, China

P. Yu

College of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, ۱۱۶۰۲۶, China

N. Deng

College of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, ۱۱۶۰۲۶, China

G. Li

College of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, ۱۱۶۰۲۶, China

X. Wu

College of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, ۱۱۶۰۲۶, China

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Anderson, J. M., K. Streitlien and D. S. Barrett (۱۹۹۸). ...
  • Ashraf, M. A., J. Young and J. C. S. Lai ...
  • Benkherouf, T., M. Mekadem, H. Oualli, S. Hanchi, L. Keirsbulck ...
  • Boudis, A., A. C. Bayeul-Laine, A. Benzaoui, H. Oualli, O. ...
  • Chao, L.-M., G. Pan, D. Zhang and G.-X. Yan (۲۰۱۹). ...
  • Eloy, C. (۲۰۱۲). Optimal Strouhal number for swimming animals. Journal ...
  • Fish, F. E. and G. V. Lauder (۲۰۰۶). Passive and ...
  • Gazzola, M., M. Argentina and L. Mahadevan (۲۰۱۴). Scaling macroscopic ...
  • Gray, J. (۱۹۳۶). Studies in Animal Locomotion, VI. The Propulsive ...
  • Heathcote, S., Z. Wang and I. Gursul (۲۰۰۸). Effect of ...
  • Hover, F. S., O. Haugsdal and M. S. Triantafyllou (۲۰۰۴). ...
  • Kaya, M. and I. H. Tuncer (۲۰۰۷). Nonsinusoidal path optimization ...
  • Kinsey, T. and G. Dumas (۲۰۱۲). Computational Fluid Dynamics Analysis ...
  • Lai, J. C. S. and M. F. Platzer (۲۰۱۵). Jet ...
  • Lewin, G. C. and H. Haj-Hariri (۲۰۰۳). Modelling thrust generation ...
  • Lighthill, M. J. (۱۹۶۹). Hydromechanics of Aquatic Animal Propulsion. Annual ...
  • Lighthill, M. J. (۱۹۷۰). Aquatic animal propulsion of high hydromechanical ...
  • Ljungqvist, B. D. (۱۹۹۹). Flapping and flexible wings for biological ...
  • Nguyen, T. A., H. Vu Phan, T. K. L. Au, ...
  • Olivier, M. and G. Dumas (۲۰۱۶). Effects of mass and ...
  • Pedro, G., A. Suleman and N. Djilali (۲۰۰۳). A numerical ...
  • Platzer, M. F., K. D. Jones, J. Young and J. ...
  • An Experimental Investigation of a Passively Flapping Foil in Energy Harvesting Mode [مقاله ژورنالی]
  • Qi, Z., J. Zhai, G. Lie and J. Peng (۲۰۱۹). ...
  • Read, D. A., F. S. Hover and M. S. Triantafyllou ...
  • Schouveiler, L., F. S. Hover and M. S. Triantafyllou (۲۰۰۵). ...
  • Triantafyllou, G. S., M. S. Triantafyllou and M. A. Grosenbaugh ...
  • Triantafyllou, M. S., G. S. Triantafyllou and D. K. P. ...
  • Triantafyllou, M. S., A. H. Techet and F. S. Hover ...
  • Tuncer, I. H. and M. Kaya (۲۰۰۵). Optimization of flapping ...
  • Xiao, Q. and W. Liao (۲۰۱۰). Numerical investigation of angle ...
  • Xu, L., F.-B. Tian, J. C. S. Lai and J. ...
  • Young, J. and S. Lai, J. C. (۲۰۰۴). Oscillation frequency ...
  • Young, J. and J. C. S. Lai (۲۰۰۷). Mechanisms Influencing ...
  • نمایش کامل مراجع