J. Li, K. Nagata, T. Watanabe
Aerodynamic characteristics of airfoils with fractal structures in low-Reynolds-number regime
CEAS Aeronautical Journal, 16 17-32 2024

This article may be found at https://10.1007/s13272-024-00777-z.

Abstract

This study investigates the aerodynamic characteristics of airfoils partially equipped with fractal structures (“fractal airfoils”) in the low-Reynolds-number regime. Wind tunnel experiments are conducted using symmetric and frat airfoils under both steady and unsteady conditions. The aerodynamic performance is examined with measurements of the lift and drag forces and flow visualization using the smoke-wire method. The results are compared with airfoils partially equipped with slits to produce the same porosity (“slit airfoils”). The results show that fractal structures significantly influence the flow characteristics around the airfoil and lift and drag forces. The lift-to-drag ratio, C1/Cd, of the fractal airfoil is higher than that of the slit airfoil for low angles of attack at lower Reynolds number. The fractal parts effectively reduce the occurrence of a dynamic stall in unsteady conditions, resulting in a more stable C1 curve. The results suggest that fractal structures have significant potential in future aviation applications.

日本語訳 (DeepL翻訳)

低レイノルズ数領域におけるフラクタル構造を有する翼型の空力特性

本研究では、低レイノルズ数領域におけるフラクタル構造を部分的に備えた翼型（フラクタル翼型）の空力特性を調査しています。対称翼型とフラクタル翼型を用いて、定常状態と非定常状態の両方で風洞実験を実施しました。揚力と抗力の測定および煙線法による流れの可視化により、空力性能を評価しました。結果は、同じ孔率を実現するためにスリットを部分的に備えた翼型（「スリット翼型」）と比較されました。結果は、フラクタル構造が翼型周辺の流れ特性および揚力と抗力に著しい影響を与えることを示しています。フラクタル翼型の揚力対抗力比（C1/Cd）は、低レイノルズ数における低迎角においてスリット翼型よりも高い値を示します。フラクタル部分は不安定条件下での動的ストール発生を効果的に抑制し、より安定したC1曲線を実現します。これらの結果は、フラクタル構造が将来の航空応用において大きな可能性を秘めていることを示唆しています。