مطالعه عددی اثر دبی جرمی و موقعیت سپتوم بر میزان بردار رانش و ساختار جریان در نازل آچئون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا

2 عضو هیئت علمی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

نازل آچئون به ‌عنوان یکی از روش‌های کنترل سیالی بردار رانش توسعه پیدا کرده است. قبلا در یک دبی جرمی ورودی و در رژیم‌های خاصی از جریان بررسی شده است. لذا، موقعیت قرار‌گیری سپتوم نسبت به دهانه خروجی نازل و تاثیرات آن بر ساختار جریان و میزان بردار رانش و به خصوص ایجاد شوک در نازل بررسی نشده است. در این پژوهش، چندین دبی جرمی ورودی و همچنین چند موقعیت قرارگیری سپتوم متفاوت (نسبت به گلوگاه خروجی نازل) بررسی شده و تاثیر آنها بر ساختار جریان، میزان بردار رانش و همچنین محدوده بروز شوک در نازل آچئون مطالعه شده است. جریان به صورت آشفته، دوبعدی، ایستگاهی و تراکم پذیر در نظر گرفته‌شده است. معادلات حاکم بر جریان معادلات ناویر-استوکس میانگین‌گیری شده رینولدز بوده و برای بستن آنها از مدل آشفتگی دو معادله‌ای k-ε استاندارد استفاده‌شده است. معادلات فوق با روش حجم محدود فشار مبنا در یک شبکه عددی با سازمان غیریکنواخت حل‌شده اند. پس از بررسی استقلال حل از شبکه و اعتبارسنجی‌، اثر اعداد ماخ، رینولدز و موقعیت قرارگیری سپتوم، بررسی شده و زاویه بردار رانش آچئون بدست آمده است. برابر نتایج حاصله، افزایش دبی ورودی و به طبع آن افزایش عدد رینولدز موجب افزایش زاویه بردار رانش می‌گردد. در دبی جرمی ورودی kg/s16، در گلوگاه خروجی نازل شوک قائم و متقارن تشکیل شده و با افزایش دبی جرمی ورودی زاویه بردار رانش نازل کاهش می‌یابد. از طرفی، با کاهش فاصله نوک سپتوم از گلوگاه خروجی نازل در دبی جرمی ثابت، میزان زاویه بردار رانش افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


[1]      R. Bursey and R. Dickinson, “Flight test results of the F-15 SMTD thrust vectoring/thrust reversing exhaust nozzle,” The 26th Joint Propulsion Conference, 1990.
[2]      J. W. Pahle, K. D. Wichman, J. V. Foster, and W. T. Bundick, “An overview of controls and flying qualities technology on the F/A-18 High alpha research vehicle,” Rep. Proj., Vol. 4772, No. October, 1996.
[3]      K. Deere, B. Berrier, J. Flamm and S. Johnson, “Computational study of fluidic thrust vectoring using separation control in a nozzle,” The 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference, No. June, pp. 1–12, 2003.
[4]      J. Federspiel, L. Bangert, D. J. Wing and T. Hawkes, “Fluidic control of nozzle flow - some performance measurements,” The 31st Jt. Propuls. Conf. Exhib., 1995.
[5]      J. Smolka and L. Walker, “F-15 active flight research program,” The 40th Symp. Proc., No. M, pp. 1–34, 1996.
[6]      M. Trancossi, A. Dumas, S. S. Das, J. C. Páscoa, “Design methods of coanda nozzle with two streams,” INCAS Bull., Vol. 6, No. 1, pp. 83–95, 2014.
[7]      A. Skotnicka-Siepsiak, “Hysteresis of the coanda effect,” J. Fluids Eng., Vol. 140, No. 1, P. 011202, 2017.
[8]      R. I. Ahmed, A. R. Abu Talib, A. S. M. Rafie and H. Djojodihardjo, “Aerodynamics and flight mechanics of MAV based on coandă effect,” Aerosp. Sci. Technol., Vol. 62, pp. 136–147, 2017.
[9]      L. Dunaevich and D. Greenblatt, “Stability and Transition on a coanda cylinder,” Phys. Fluids,Vol. 32, No. 8, 2020.
[10]    M. A. Shafie, M. F. Hamid, A. S. Rafieand M. R. Saad, “Aerodynamic force of coandà jet on a curved surface with tilted profile,” J. Aeronaut. Astronaut. Aviat. , Vol. 53, No. 2, pp. 165–172, 2021.
[11]    M. Trancossi, “An overview of scientific and technical literature on coanda effect applied to nozzles,” SAE Int., Vol. 2011-01–25, 2011.
[12]    M. Trancossi and A. Dumas, “Coanda synthetic jet deflection apparatus and control,” SAE Int., vol. 2011-01–25, 2011.
[13]    A. Dumas, J. Pascoa, M. Trancossi, A. Tacchini, G. Ilieva and M. Madonia, “Acheon project: a novel vectoring jet concept,” ASME Int. Mech. Eng. Congr. Expo. Proc., Vol. 1, pp. 499–508, 2012.
[14]    J. C. Páscoa, A. Dumas, M. Trancossi, P. Stewart and D. Vucinic, “A review of thrust-vectoring in support of a V/STOL Non-moving mechanical propulsion system,” Cent. Eur. J. Eng., Vol. 3, No. 3, pp. 374–388, 2013.
[15]    M. Trancossi, S. Maharshi and D. Angeli, “Mathematical modelling of a two streams coanda effect nozzle,” 2013 ASME Int. Mech. Eng. Congr. Expo., pp. 1–10, 2013.
[16]    A. Suñol and D. Vucinic, “Numerical analysis and UAV application of the ACHEON Vectorial thrust nozzle,” The 32nd AIAA Appl. Aerodyn. Conf., June, pp. 1–12, 2014.
[17]    S. Das, M. Abdollahzadeh, J. Pascoa, A. Dumas and M. Trancossi, “Numerical modeling of coanda effect in a novel propulsive system,” Int. J. Multiphys., Vol. 8, No. 2, pp. 181–202, 2014.
[18]    J. C. Páscoa., “Exist flow vector control on a coanda nozzle using dielectric barrier discharge actuator,” ASME Int. Mech. Eng. Congr. Expo. Proc., Vol. 1, Nov. 2014.
[19]    M. Abdollahzadeh, F. Rodrigues, J. C. Pascoa, and P. J. Oliveira, “Numerical design and analysis of a multi-DBD actuator configuration for the experimental testing of ACHEON nozzle model,” Aerosp. Sci. Technol., Vol. 41, pp. 259–273, 2015.
[20]    M. Trancossi., “Multifunctional unmanned Reconnaissance Aircraft for Low-Speed and STOL Operations,” SAE Tech. Pap., Vol. 2015-Septe, September, 2015.
[21]    M. Trancossi., “A new aircraft architecture based on the ACHEON coanda effect nozzle: Flight model and energy evaluation,” Eur. Transp. Res. Rev., Vol. 8, No. 2, P. 11, Jun. 2016.
[22]    S. S. Das, J. C. Páscoa, M. Trancossi, and A. Dumas, “Computational Fluid Dynamic Study on a Novel Propulsive System: ACHEON and Its Integration with an Unmanned Aerial Vehicle (UAV),” J. Aerosp. Eng., Vol. 29, No. 1, P. 04015015, 2016.
[23]    M. Subhash and M. Trancossi, Modeling and Simulation in Industrial Engineering. Cham: Springer International Publishing, pp. 101-115, 2018.
[24]    A. Dumitrache, F. Frunzulica and O. Preotu, “Applications of the coanda effect in aeronautics,” The 9th Int. Conf. Mech. Aerosp. Eng. Appl., pp. 3–6, 2018.
[25]    A. Dumitrache, F. Frunzulica and T. Ionescu, “Coanda effect on the flows through ejectors and channels,” Sci. Res. Educ. Air Force, Vol. 20, pp. 161–174, Jun. 2018.
[26]    Y. El Halal., “Numerical study of turbulent air and water flows in a nozzle based on the coanda effect,” J. Mar. Sci. Eng., Vol. 7, No. 2, P. 21, Jan. 2019.
[27]    M. Trancossi and J. Pascoa, “The influence of convective exchanges on coandã effect,” INCAS Bull., Vol. 11, No. 4, pp. 191–202, Dec. 2019.
[28]    M. Trancossi and J. Pascoa, “Accounting thermal exchanges in coanda effect,” SAE Technical Papers, Vol., No., pp. 1–9, Mar. 2020,
[29]    M. Panneer and R. Thiyagu, “Design and analysis of coanda effect nozzle with two independent streams,” Int. J. Ambient Energy, Vol. 41, No. 8, pp. 851–860, Jul. 2020.
[30]    R. L. Lemos, C. H. Marques, Y. B. El Halal, and E. D. dos Santos, “Two novel marine thruster concepts based on the coanda effect,” Mar. Syst. Ocean Technol., Vol. 16, No. 1, pp. 14–22, Mar. 2021.
[31]    E. Kara and H. Erpulat, “Experimental investigation and numerical verification of coanda effect on curved surfaces using co-flow thrust vectoring,” Int. Adv. Res. Eng. J., Vol. 5, No. 1, pp. 72–78, Apr. 2021.
[32]    G. I. Fekete, “Coanda flow of a two-dimensional wall jet on the outside of a circular cylinder,” Tech. Rept. 63-11, Mechanical Engineering Research Laboratories, McGill University, 1963.
[33]    C. D. Argyropoulos and N. C. Markatos, “Recent advances on the numerical modelling of turbulent flows,” Appl. Math. Model., Vol. 39, No. 2, pp. 693–732, 2015.