doi: 10.52899/24141437_2026_01_5
УДК: 531.391.1:532.5.011

Численное исследование влияния положения щелей на гидродинамические характеристики NACA 4412 при больших углах атаки

Мамдух А. Р., Чжоу И. ., Фу Ш. .
Язык статьи:
Ссылка для цитирования: Али Рами Мамдух, Чжоу И, Фу Шуан. Численное исследование влияния положения щелей на гидродинамические характеристики NACA 4412 при больших углах атаки // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2026. Т. 5, № 1. С. 5–16. DOI: https://doi.org/10.52899/24141437_2026_01_5 EDN: LOLSZS

Аннотация

Актуальность. Отрыв потока на несущих поверхностях морской техники приводит к потере подъёмной силы, росту сопротивления и вибрации, снижая эффективность и безопасность. Пассивные щелевые профили позволяют задержать срыв без энергозатрат, однако влияние положения щели вдоль хорды при высоких числах Рейнольдса изучено недостаточно. Цель. Определить положение щели, которое обеспечивает задержку отрыва потока, улучшение гидродинамического качества и увеличение угла срыва, а также сформулировать практические рекомендации по проектированию высокоэффективных гидрокрыльев для морской техники. Методы. Изучено влияние положения щели вдоль хорды на гидродинамические характеристики профиля NACA 4412 при высоком числе Рейнольдса (Re = 3,1×10⁶). С использованием осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса с моделью турбулентности k-ω SST были проанализированы пять конфигураций щелей в положениях от 0,3 C до 0,5 C. Численная методология была верифицирована по известным экспериментальным данным. Результаты. Показано, что оптимально расположенная щель позволяет значительно улучшить гидродинамические характеристики при больших углах атаки за счёт подавления отрыва потока. Оптимальная конфигурация со щелью, расположенной на расстоянии 0,4 C от передней кромки тела, позволила достичь наиболее существенных улучшений: увеличения угла срыва на 7° (с 14 до 21°) и роста максимального коэффициента подъёмной силы приблизительно на 43%. Заключение. Пассивное управление потоком с наличием щели, особенно в положении 0,4 C хорды, представляет собой перспективный конструктивный подход к повышению гидродинамической эффективности и улучшению характеристик срыва потока в морской технике Ключевые слова: управление потоком; щелевой профиль; NACA 4412; RANS; CFD; отрыв потока; задержка срыва.

Список литературы

1. Wu Y., Guo C., Han Y., et al. Numerical investigation on the influence of free surface on the hydrodynamic and wake characteristics of submarine // Physics of Fluids. 2024. Vol. 36, No. 7. P. 1-24. doi: 10.1063/5.0214145
2. Али Р.М., Ризк М.А. Анализ влияния моделей турбулентности, топологии сетки и характеристик потока на точность прогнозирования гидродинамических характеристик изолированного гребного винта // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2025. № 2(63). С. 15–25. URL: https://journals.dvfu.ru/vis/article/view/1599 doi: 10.24866/2227-6858/2025-2/15-25 EDN: DFFEYF
3. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. Vol. 32, No. 8. P. 1598–1605. URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/3.12149 doi: 10.2514/3.12149
4. Spalart P.R. Detached-eddy simulation // Annual Review of Fluid Mechanics. 2009. Vol. 41. P. 181–202. doi: 10.1146/annurev.fluid.010908.165130 EDN: MNATMN
5. Али Р.М., Фу Ш., Чжоу И. Исследования влияние числа Рейнольдса на динамику ламинарного отрыва пузырьков, используя профиль NACA 0012 // Морские интеллектуальные технологии. 2025. Т. 1, № 4. С. 360–366. doi: 10.37220/MIT.2025.70.4.065 EDN: MDTQPZ
6. Lin J.C., Lee Y.T. Effect of vortex generators on an airfoil with flap // Journal of Aircraft. 2004. Vol. 41, No. 5. P. 1017–1024.
7. Walsh M.J. Turbulent boundary layer drag reduction using riblets // 20th Aerospace Sciences Meeting. 1982. URL: https://doi.org/10.2514/6.1982-169 doi: 10.2514/6.1982-169
8. Bechert D.W., Bruse M., Hage W., et al. Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry // Journal of Fluid Mechanics. 1997. Vol. 338. P. 59–87. EDN: ECLQYP
9. Farmer M.G., Hanson P.W. Comparison of pressure distributions obtained on a slotted airfoil with two dimensional and three-dime
10. Chan A.S., Lee C. Numerical investigation of passive flow control using slotted airfoils // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2013. Vol. 44. P. 576–587.
11. Jia Y.L. Analysis and optimization of aerodynamic performance of wind turbine blades with split trailing edge flaps: dissertation of the Cand. of Tech. Sciences. Beijing: North China Electric Power University, 2017.
12. Pinkerton R.M. Calculated and Measured Pressure Distributions over the Midspan Section of the NACA 4412 Aerofoil. NACA Technical Report: NACATR-563. 1937. URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/19930091638