طراحی، ساخت و تحلیل آیرودینامیکی یک مدل کشتی هوایی کوچک کنترل از راه دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، دانشکده هوافضا

2 استادیار دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، دانشکده هوافضا

چکیده

در این تحقیق، به طراحی، ساخت و تحلیل آیرودینامیکی یک کشتی هوایی کوچک کنترل از راه دور پرداخته می­شود. این کشتی هوایی، باید توانایی حمل یک محموله 2 کیلوگرمی را داشته باشد. در این تحقیق با استفاده از روابط تئوری و تجربی موجود، به طراحی قسمت­های مختلف یک کشتی هوایی از قبیل پوشش، کابین و مجموعه دم کنترلی پرداخته شده است. برای بررسی صحت طراحی صورت گرفته، از نرم افزار دیجیتال دتکام برای بررسی تحلیلی عملکرد و همچنین فلوئنت برای بررسی عددی جریان حول این وسیله پرنده و محاسبه نیروها و گشتاورهای وارده به آن استفاده شده است. بررسی­ها، در سرعت جریان آزاد 15 متر بر ثانیه و در محدوده زاوایای حمله از 10- تا 10 درجه، انجام شده است. در بررسی توسط فلوئنت، از شبکه بی­سازمان و مدل آشفتگی  استفاده شده است. نتایج بررسی­ها نشان داد که کشتی هوایی در نرم افزار دیجیتال دتکام بخوبی مدل شده است. همچنین در زوایای حمله پایین، همخوانی خوبی بین داده­های فلوئنت و دیجیتال دتکام مشاهده می­شود و می­توان در مرحله طراحی، برای بدست آوردن ضرایب آیرودینامیکی از نرم افزار دیجیتال دتکام بجای فلوئنت استفاده کرد. در تمامی زوایای حمله، کشتی هوایی دارای پایداری استاتیکی می­باشد و در زوایای حمله پایین دارای کمترین میزان پایداری و بیشترین مقدار مانور پذیری است. ضریب پسای بدست آمده از نرم افزار دیجیتال دتکام دارای اختلاف فاحشی با ضریب پسای فلوئنت و مراجع دیگر می­باشد و لذا برای پیش بینی آن در مراحل طراحی، نمی­توان از نرم افزار دیجیتال دتکام استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Lacroix, S.,"Toward Autonomus Airships:Research and Developments at LAAS/CNRS", 3rd International Airships Convention and Exhibition. Freidrichshafen, Germany, 2000.
[2] Lutz, T., Funk, P., Jakobi, A., & Wagner, S.,"Summary of Aerodynamic Studies on the Lotte Airship", 4th International Airship Convention and Exhibition, Cambridge, England, 2002.
[3] Ramos, J. G., & et all," Autonomus Flight Experiment with a Robatic Unmanned Airship", Proceedings of the 2001 Automation, Seoul, Korea, 2001.
[4] Jin, O.,  Qu, W., and Xi, Y.,  "Stratospheric verifying airship modeling and analysis", Journal of Shanghai Jiaotong University, Vol. 37, No. 6,  pp. 956-960, 2003.
[5] Chen, W., Xiao, W., Kroplin, B. and Konzo, A., "Structural performance evaluation procedure for large flexible Airship of HALE stratospheric platform conception", Journal of Shanghai Jiaotong University, Vol. 12E, No. 2,  pp. 293-300, 2007 .
[6] Perry, W.D., "Sentinel in the Sky: An autonomous Airship offers long-duration, high-altitude capabilities",Technology Today, 2010.
[7] Dorrington, G. E.," Drag of Spheroid-Cone Shaped Airship", Journal of Aircraft, Vol. 43, No. 2, 2006.
[8] Liu, T., Liou, W. W., and Schulte, M.," Aeroship: A Hybrid Flight Platform", Journal of Aircraft, Vol. 46, No. 2, 2009.
[9] Gawale, A.C., Raina, A.A., Pant, R.S., Jahagirdar Y.P.," Design, Fabrication and Operation of Remotely Controlled Airships in India", 18th AIAA Lighter-Than-Air Systems Technology Conference, AIAA-2009-2855,2009.
[10] Zhang, K.S., Han, Z.H., Song, B.F.," Flight Performance Analysis of Hybrid Airship: Revised Analytical Formulation", Journal of Aircraft, Vol. 47, No. 4, 2010.
[11] Andana, A.D., Asrarb, W., Omarc, A.A.," Aerodynamics of a Hybrid Airship", The 4th International Meeting of Advances in Thermofluids, AIP Conference Proceedings, Volume 1440, Issue 1, p.154-161,2011.
[12] Wang, X.L.," Computational Fluid Dynamics Predictions of Stability Derivatives for Airship", Journal of Aircraft, Vol. 49, No. 3, 2012.
[13] Ul-Haque, A., Asrar, W., Omar, A.A., Sulaeman JS, E., Ali, M.," Comparison of Digital DATCOM and Wind Tunnel Data of a Winged Hybrid Airship’s Generic Model", Journal of Applied Mechanics and Materials, Vol. 629, pp. 36-41, 2014.
[14] Kadam, S.P., Kanase-Patil, A.B, Warade, V.P., " Computational Estimation of Airship Aerodynamic Characteristics", International Engineering Research Journal, Special Issue Page 1249-1254, ISSN 2395-1621, 2016.
[15] Ul-Haque, A., Asrar W., Omar, A.A., Sulaeman JS., E., Ali, M.," Wind tunnel testing of hybrid buoyant aerial vehicle", Aircraft Engineering and Aerospace Technology, Vol. 89, Issue. 1, pp. 99 – 105, 2017.
[16] Division, L., Missouri L., “The USAF Stability and Control Datcomˮ, Volume I, User’s Manual, McDonnell Douglas Astronautics Company, April 1979.
 [17] صدرایی، محمد هاشم،"مکانیک پرواز"، ویرایش دوم، دانشگاه امام حسین (ع)، ایران،1387.
[18] Brandt T.," Zeppelin NT- the Utility Airship", 7th AIAA Aviation Technology, Integration and Operations Conference, 18 - 20 September 2007, Belfast, Northern Ireland.
[19] Abbott R., H.,"Airship Model Tests in the Variables Density Wind Tunnel", NACA TR394, 1931.
[20] Dorrington, G. E.," Drag of Spheroid-Cone Shaped Airship", Journal of Aircraft, Vol. 43, No. 2, 2006.