عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی کشتی هوائی با رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی در حلقه
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا فضا - دینامیک پرواز و کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73534
- تاریخ دفاع
- ۱۲ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- جاوید حسین پورزاویه جکی
- استاد راهنما
- محمد علی امیری آتشگاه, شیدوش وکیلی پور تکلو
- چکیده
- کشتی‌های هوایی به دلیل ساختار منحصر به فردشان دارای کاربردهای فراوانی در زمینه هوانوردی می‌باشند. نیروی شناوری تولید شده به وسیله کشتی هوایی باعث افزایش مداومت پروازی، نسبت بار به وزن بالا و همچنین مصرف سوخت کمتر می‌شود. به صورت عمومی هدف اصلی، هدایت و کنترل کشتی هوایی تحت شرایط جوی مختلف می‌باشد. دقت سیستم‌های کنترلی در وهله اول نیازمند مدل دینامیکی دقیق برای کشتی هوایی است. پیش‌بینی عملکرد آیرودینامیکی کشتی هوایی نقش مهمی در تخمین پایداری و کنترل‌پذیری آن‌ها در شرایط مختلف جوی ایفا می‌کند. ابعاد بزرگ کشتی هوایی (به عنوان نمونه با طول 83/263 متر و پهنای 40 متر) سبب شده تا این وسیله در برابر اثرات ناشی از شرایط بد جوی آسیب پذیر باشد. به دلیل وجود خطرات ناشی از آزمایشات پروازی، یک سامانه شبیه سازی جامع، ابزاری مفید در بررسی رفتار این وسیله پرنده خواهد بود و هزینه‌های این گونه آزمایشات پروازی را کاهش خواهد داد. در این پژوهش، ایده اصلی استفاده مستقیم از داده‌های دینامیک سیالات محاسباتی قبل از بهره‌گیری نتایج آزمون تونل باد در سامانه شبیه‌سازی است. در بخش آیرودینامیکی نیروها و ممان‌های آیرودینامیکی از نتایج مربوط به دینامیک سیالات محاسباتی که با استفاده از ابزار اوپن‌فوم صور گرفته است، محاسبه شده است. در این پژوهش، سعی بر این است تا با مدل سازی و شبیه سازی کشتی هوایی با رویکرد دینامیک محاسبات سیالاتی در حلقه، ضرایب آیرو دینامیکی و توزیع فشار مربوطه، برای یک کشتی هوایی نمونه محاسبه شده و به صورت حلقه بسته با سامانه شبیه سازی دینامیکی شش درجه آزادی آن در ارتباط باشد و در هر لحظه نتایج عملیات ضرایب به سامانه شبیه‌سازی ارسال گردد شایان ذکر است که روش‌های عددی مورد استفاده در این پژوهش بر پایه نرم‌افزار متن باز اوپن‌فوم می‌باشد. بعد از پیاده‌سازی این بستر، با اجرای موفق آن امکان استخراج مود‌های حرکتی دقیق‌تر کشتی هوایی فراهم شده است. نتایج کامل از این تحقیق از توانمندی این ایده در بهبود نتایج شبیه‌سازی و پیش‌بینی دقیق‌تر رفتار این وسیله است. اهمیت کاربرد روش دینامیک سیالات محاسباتی به این دلیل است که با توسعه فناوری ساخت ابر رایانه‌ها و همچنین امکان ذخیره‌سازی حجم زیاد اطلاعات، سرعت پردازش و دقت نتایج حاصل از روش‌های عددی افزایش یافته است.
- Abstract
- Airships has so many applications in aerospace engineering due to their unique structure. Buoyancy force created by the airship leads to increment in flight maintenance, high load to weight ratio, and low fuel consumption. Generally, the main purpose is navigating and controlling the airships under different weather conditions. The accuracy of the controlling system needs a careful dynamic model of the airship in the first step. Prediction of airship’s aerodynamic performance plays a great role in estimation of its stability and controllability under different weather conditions. Large dimensions of airship, e.g. length of 263.83 m and width of 40 m, results in the fact that this vehicle becomes more vulnerable to bad weather conditions. Due to the risk of flight tests, a perfect and exhaustive simulator may be a useful tool for investigating the behavior of such systems and consequently reduces the flight test expenses. In this study, the main idea is the direct utilization of data obtained from computational fluid dynamics before using the results of wind tunnel in simulation system. Aerodynamic forces and moments are derived based on the results of computational fluid dynamics model which is built up in OpenFOAM. In this study, modeling and simulating airships based on computational fluid dynamics approach in the loop is tried to obtain aerodynamic constants and corresponding pressure distribution of a case study, and relate them to the 6 degree of freedom dynamic simulation system in a close loop and the results of constants are sent to simulation system. It should be mentioned that the numerical methods in this study are based on open source OpenFOAM software. After implementing this step successfully, the feasibility of extracting more accurate dynamic modes is presented. The results show the ability of this idea in modifying simulation results and better prediction of the system behavior. The importance of using computational fluid dynamics is because of the fact that by development of the building supercomputer technologies and increase of the possibility of storing high volume data, the processing and accuracy of the numerical results has grown. Keywords: Airship, Dynamic model, Computational fluid dynamics, Aerodynamic constants, CFD in the loop
