بررسی عددی تاثیر سامانه میکرودمش بر کاهش نیروی پسای ایرفویل فوق بحرانی SC(2)-0710

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک، دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء (ص)، تهران

2 مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

هدف اصلی این پژوهش، طراحی یک سامانه میکرودمش به جهت کاهش نیروی پسا یک هواپیما با ایرفویل فوق بحرانی SC(2)-0710 می‌باشد. به همین منظور، جریان متلاطم زیرصوتِ اطراف ایرفویل، توسط نرم‌افزار فلوئنت شبیه‌سازی شده است. شبیه‌سازی عددی در شرایط گشت‌زنی و در محدوده عدد ماخ بین 4/0 تا 6/0 و زاویه حمله بین 0 تا 3 درجه بررسی گردیده است. جریان متلاطم با به‌کارگیری مدل توربولانسی   SST k-ω شبیه‌سازی شده و برای اعمال روش میکرودمش کد UDF به زبان برنامه‌نویسی C نوشته شده است. نتایج عددی به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی و عددی در دسترس مقایسه شده‌اند و تطابق قابل قبولی با یکدیگر داشته‌اند. نتایج نشان داد که ضریب پسا اصطکاکی با افزایش ضریب دمش کاهش می‌یابد. از طرفی، در زوایای حمله 0 تا 2 درجه، افزایش ضریب دمش سبب افزایش ضریب پسا فشاری ایرفویل با میکرودمش نسبت به ایرفویل بدون آن شده است. درواقع، میکرودمش تأثیر معکوسی بر روی میدان فشار اطراف ایرفویل ایجاد کرده است. نتایج برای شش موقعیت قرارگیری میکرودمش بررسی گردید. مشاهده شد که بیشترین کاهش ضریب پسای کل در حالتی رخ داده است که میکرودمش در نزدیکی لبه حمله و در قسمت سطح فشار قرار گیرد. همچنین، مشاهده گردید که نیروی برا با اعمال میکرودمش کاهش می‌یابد، اما موقعیت انتخاب شده، کمترین اثر را در کاهش ضریب برا دارد. همچنین، نتایج نشان داد که در زاویه حمله 3 درجه، مناسب‌ترین نتایج (یعنی کمترین مقدار نیروی پسا) به دست آمده است. درنهایت، پس از بررسی‌های عددی انجام شده، سیستم موردنظر، طراحی شده و نقشه‌های مونتاژ و دمونتاژ آن ارائه شده‌اند.

کلیدواژه‌ها


 شادمانی شهاب، موسوی­نائینیان سید­مجتبی، میرزایی مسعود، قاسمی اصل رامین، پوریوسفی غلامحسین، " تحلیل تجربی کاهش نیروی پسا حول یک جسم با استفاده از عملگر پلاسمایی"، مهندسی مکانیک مدرس، دوره 17، شماره 12، صفحات 30-523، 1396.
شرفی احمد، آل­هوز متین،" تأثیر اعمال دمش جانبی ثابت بر روی ضرایب آیرودینامیکی یک مدل بال هواپیمای مانور پذیر"، نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، دوره 52، شماره 11، صفحات 30-21، 1399.
Yadegari, M. and Taleghani, S.S., A Parametric Study for Passive Control of Shock-boundary Layer Interaction of an Airfoil with Porous Media in a Transonic Flow”,Fluid Mechanics and Aerodynamics Journal. 3, No. 4, pp. 73-86, 2015.
ربیع­نتاج­درزی احمدعلی، ودودی­مفید سامان ، " کنترل جریان توسط دمش و مکش توأم بر روی ایرفویل کلارک-وای"، مهندسی مکانیک مدرس، دوره 17، شماره 2، صفحات 56-147، 1396.
 شرفی احمد، احمد­خواه انور،  بخشنده محمد،  محمودی محمدرضا، بررسی تجربی و عددی اثر تولید کننده گردابه بر الگوی جریان و ضرایب آیرودینامیکی یک مدل بال هواپیمای مسافربری"، نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی، سال سیزدهم، شماره دوم، صفحات 16-1، 1390.
 [6]. Simpson, R. L., Moffat, R. J., and Kays, W. M., The Turbulent Boundary Layer on a Porous Plate: Experimental Skin Friction with Variable Injection and Suction, Int. J. Heat Mass Transfer Vol. 12, No. 7, pp. 771-789, 1969.
[7]. Shojaefard, M. H., Noorpoor, A. R., Avanesians, A., and Ghaffarpour, M., Numerical Investigation of Flow Control by Suction and Injection on a Subsonic Airfoil, Am. J. Appl. Sci. Vol. 2, No. 10, pp. 1474-1480, 2005.
[8]. Hwang, D. P., A Proof of Concept Experiment for Reducing Skin Friction by Using a Micro-blowing Technique”, Proc. 35th AIAA Aerosp. Sci. Meeting Exhibit, pp. 546, 1997
[9]. Hwang, D. P. and Biesiadny, T., Experimental Evaluation of Penalty Associated with Micro-blowing for Reducing Skin Friction, Proc. 35th AIAA Aerosp. Sci. Meeting Exhibit, pp. 677, 1997
[10]. Li, J., Zhang, J. B., and Lee, C. H., Perturbation Analysis of Liquid Flows in Micro-channels Driven by High Pressures”, Chin. J. Theor. App. Mech. Vol. 41, No. 3, pp. 289-299, 2009.
[11]. Li, J., Shen, J., and Lee, C., A Micro-porous Wall Model for Micro-blowing/suction Flow System”, Sci. Sin-Phys. Mech. Astron. Vol. 44, No. 2, pp. 221-232, 2014.
[12]. Gao, Z., Cai, J., Li, J., Jiang, C., and Lee, C.-H., Numerical Study on Mechanism of Drag Reduction by Microblowing Technique on Supercritical Airfoil”, J. Aerosp. Eng. Vol. 30, No. 3, p. 04016084, 2017.
[13]. Cai, J. and Gao, Z., Numerical Study on Drag Reduction by Micro-blowing/suction Compounding Flow Control on Supercritical Airfoil”, Procedia Eng. Vol. 99, pp. 613-617, 2015.
[14]. Zhang, W., Zhang, Z., Chen, Z., and Tang, Q., Main Characteristics of Suction Control of Flow Separation of an Airfoil at Low Reynolds Numbers”, Eur. J. Mech. B/Fluids. Vol. 65, pp. 88-97, 2017.
[15]. Yagiz, B., Kandil, O., and Pehlivanoglu, Y. V., Drag Minimization Using Active and Passive Flow Control Techniques, Aerosp. Sci. Technol. Vol. 17, No. 1, pp. 21-31, 2012.
[16]. Liu, Z. and Zha, G., Transonic Airfoil Performance Enhancement Using Co-Flow Jet Active Flow Control”, Proc. 8th AIAA Flow Control Conf. Washington, D.C., 2016, pp. 3472.
[17]. Svorcan Jelena, M., Fotev Vasko, G., Petrovi, Neboj, a, B., and Stupar Slobodan, N., Two-dimensional Numerical Analysis of Active Flow Control by Steady Blowing Along Foil Suction Side by Different Urans Turbulence Models”, Therm. Sci. Vol. 21, No. 1, pp. 649-662, 2017.
[18]. Seifollahi Moghadam, Z. and Jahangirian, A., Flow Control of Transonic Airfoils using Optimum Suction and Injection Parameters, J. Appl. Fluid Mech. Vol. 10, No. 1, pp. 103-115, 2017.
[19]. Hwang, D. P., Review of Research into the Concept of the Microblowing Technique for Turbulent Skin Friction Reduction, Prog. Aerosp. Sci. Vol. 40, No. 8, pp. 559-575, 2004.
[20]. ANSYS Fluent User’s Guide, ANSYS, Inc, 2016.
[21]. Corke, T. C., Post, M. L., and Orlov, D. M., Single Dielectric Barrier Discharge Plasma Enhanced Aerodynamics: Physics, Modeling and Applications”, Exp. Fluids Vol. 46, No. 1, pp. 1-26, 2009.
[22]. White, F. M. and Corfield, I., Viscous Fluid Flow”, McGraw-Hill, New York, 2006.
[23]. Menter, F. R., Two-equation Eddy-viscosity Turbulence Models for Engineering Applications”, AIAA J. Vol. 32, No. 8, pp. 1598-1605, 1994.
[24]. Hwang, D. P., Skin-friction Reduction by a Micro-blowing Technique”, AIAA J. Vol. 36, No. 3, pp. 480-481, 1998.
[25]. Harris, C. D., Aerodynamic Characteristics of the 10-percent-thick NASA Supercritical Airfoil 33 Designed for a Normal-force Coefficient of 0.7”, NASA Technical Reports Server, USANASA-TM-X-72711, 1975.
[26]. Parkhe, V., A parametric study on flow over a flat plate with microblowing”, Doctoral dissertation, University of Akron, 2009.