ارزیابی عملکرد آیرودینامیکی پیچش هندسی با تغییر عدد رینولدز در یک نمونه هواپیمای بال‌پرنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد هوافضا، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد، دانشگاه فردوسی مشهد، گروه مهندسی مکانیک و هوافضا

چکیده

پیچش، یکی از مؤلفه‌های اساسی در طراحی هواپیماهای بال‌پرنده و بدون‌دم بوده که منجر به رفع برخی از چالش‌های آیرودینامیکی موجود در این دسته از هواپیماها می‌شود. تحقیق حاضر به منظور بررسی آیرودینامیکی اعمال پیچشِ هندسی در یک نمونه هواپیمای بال‌پرنده‌ی مادون صوت و ارزیابی میزان عملکرد این مؤلفه در هریک از فازهای پروازی انجام شده است. هندسه مورد بررسی یک مدل هواپیمای بال‌‌پرنده‌ی لامبدا شکل می‌باشد که از بالی با زاویه عقبگرد 56 درجه بهره می‌برد. پیچش اعمالی به این مدل از نوع پیچشِ منفی (Wash-out) بوده که به صورت خطی در راستای دهانه بال توزیع می‌گردد. مطالعه انجام شده در چارچوب شبیه­سازی‌ عددی و بر پایه حل معادلات رینولدز (RANS) گسسته شده با روش حجم محدود است. فرآیند شبیه‌سازی بعد از اعتبارسنجی با داده‌های تجربی، برای زوایای پیچش صفر و 6 درجه و محدوده زوایای حمله 5- تا 20 درجه به انجام رسیده؛ همچنین به‌منظور بررسی نحوه عملکرد پیچش در محدوده فاز نشست و برخاست و فاز کروز، مطالعات در دو عدد رینولدز مختلف صورت گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با اعمال پیچش، بازده آیرودینامیکیدر زوایای حمله بالا ارتقاء می‌یابد، اما این مشخصه، در زاویه حمله صفر درجه کاهش قابل توجهی خواهد‌ داشت. همچنین در اثر اعمال زاویه پیچش، شروط لازم جهت پایداری طولی ارضا شده و پدیده پیچ‌آپ به تأخیر خواهد‌ افتاد. با افزایش سرعت، بازده آیرودینامیکیدر طیف وسیعی از زوایای حمله بهبود می‌یابد؛ همچنین تغییرات بازده آیرودینامیکی ناشی از اعمال زاویه پیچش افزایش یافته و پیچش، مؤثرتر خواهد بود. بررسی گشتاور حول محور طولی نشان می‌دهد که با افزایش سرعت درجه پایداری افزایش خواهد یافت و رفتار پدیده پیچ‌آپ بهبود می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


 [1] Qin N., Vavalle, A., Le Moigne, A., Laban, M., Hackett, K., Weinerfelt, P., “Aerodynamic considerations of blended wing body aircraft”, Progress in Aerospace Sciences,  vol. 40, 321-43, 2004
 [2]Navabi M., Kakavand, E., “Combined model-reference adaptive controller for coordinated turn of a tailless aircraft”, Modares Mechanical Engineering,  vol. 15, 117-27, 2015
 [3] Nasir R.E., Kuntjoro, W., Wisnoe, W., “Aerodynamic, stability and flying quality evaluation on a small blended wing-body aircraft with canard foreplanes”, Procedia Technology,  vol. 15, 783-91, 2014
 [4]Wick A.T., Hooker, J.R., Clark, C.M., Plumley, R., Zeune, C., editors. Powered Low Speed Testing of the Hybrid Wing Body2017.
 [5]Wick A.T., Hooker, J.R., Walker, J., Chan, D.T., Plumley, R., Zeune, C., editors. Hybrid Wing Body Performance Validation at the National Transonic Facility. 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting; 2017.
 [6]Liebeck R.H., “Design of the blended wing body subsonic transport”, Journal of aircraft,  vol. 41, 10-25, 2004
 [7]Dehpanah P., Nejat, A., “The aerodynamic design evaluation of a blended-wing-body configuration”, Aerospace Science and Technology,  vol. 43, 96-110, 2015
 [8]Martinez-Val R., “Flying wings. A new paradigm for civil aviation?”, Acta Polytechnica,  vol. 47, 2007
 [9]Roskam J. Airplane design: DARcorporation; 1985.
 [10]Liebeck R.H., Page, M.A., Rawdon, B.K., “Evolution of the revolutionary blended-wing-body”, 1996
 [11] Stenfelt G., Ringertz, U., “Yaw control of a tailless aircraft configuration”, Journal of aircraft,  vol. 47, 1807-11, 2010
 [12]Tomac M., Stenfelt, G., “Predictions of stability and control for a flying wing”, Aerospace Science and Technology,  vol. 39, 179-86, 2014
 [13]Davidson R., editor Flight control design and test of the joint unmanned combat air system (J-UCAS) X-45A. AIAA 3rd" Unmanned Unlimited" Technical Conference, Workshop and Exhibit; 2004.
 [14]Gabor O.S., Koreanschi, A., Botez, R.M., “Optimization of an Unmanned Aerial System'wing using a flexible skin morphing wing”, SAE International Journal of Aerospace,  vol. 6, 115-21, 2013
 [15]Esteban S., editor Static and dynamic analysis of an unconventional plane-flying wing. AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit; 2001.
 [16]Barnard R.H., Philpott, D.R. Aircraft flight: a description of the physical principles of aircraft flight: Pearson Education; 2010.
 [17]Dehghan Menshadi M., Eilbeigi, M., Vaziry, M.A., “Experimental investigation on aerodynamic coefficients of a flying wing aircraft with different leading edge sweep angle”, Modares Mechanical Engineering,  vol. 16, 303-11, 2016
 [18]BRETT J., OOI, A., “Effect of Sweep Angle on the Vortical Flow over Delta Wings at an Angle of Attack of 10”, Journal of Engineering Science and Technology,  vol. 9, 768-81, 2014
 [19] Qu X., Zhang, W., Shi, J., Lyu, Y., “A novel yaw control method for flying-wing aircraft in low speed regime”, Aerospace Science and Technology,  vol. 69, 636-49, 2017
 [20]Mader C.A., Martins, J.R., “Stability-constrained aerodynamic shape optimization of flying wings”, Journal of Aircraft,  vol. 50, 1431-49, 2013
 [21]Lyu Z., Martins, J.R., “Aerodynamic design optimization studies of a blended-wing-body aircraft”, Journal of Aircraft, vol. 51, 1604-17, 2014
 [22] Phillips W., “Lifting-line analysis for twisted wings and washout-optimized wings”, Journal of aircraft,  vol. 41, 128-36, 2004
 [23]Phillips W., Fugal, S., Spall, R., editors. Minimizing induced drag with geometric and aerodynamic twist, CFD validation. 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit; 2005.
 [24] Nangia R., Ghoreyshi, M., van Rooij, M.P., Cummings, R.M., “Aerodynamic design assessment and comparisons of the MULDICON UCAV concept”, Aerospace Science and Technology,  vol. 93, 105321, 2019
 [25]Brett J., Tang, L., Hutchins, N., Valiyff, A., Ooi, A., editors. Computational fluid dynamics analysis of the 1303 unmanned combat air vehicle. 17thAustralasian Fluid Mechanics Conference; 2010.
 [26] Stenfelt G., Ringertz, U., “Lateral stability and control of a tailless aircraft configuration”, Journal of Aircraft,  vol. 46, 2161-4, 2009
 [27]Jansson N., Stenfelt, G., “Steady and unsteady pressure measurements on a swept-wing aircraft”, The Aeronautical Journal,  vol. 118, 109-22, 2014
 [28]Fluent A., “Theory Guide 17.2”, Ansys Inc USA, 2016
 [29]Davidson L., Fluid mechanics, turbulent flow and turbulence modeling. Accessed on; 2015.
 [30]Nelson R., Airplane Stability and Automatic Control. New York: McGraw-Hill Book; 1989.