عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار آئرودینامیکی حرکت نسبی بال تحت اثر سطح موجی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - آئرودینامیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 536;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78155;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 536;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78155
- تاریخ دفاع
- ۲۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمدجواد عبودی
- استاد راهنما
- مجتبی طحانی, مهران مصدری
- چکیده
- حرکت جسم پرنده در اثرسطح موجب ایجاد تغییراتی در رفتار آئرودینامیکی آن می شود، باتوجه به فیزیک جریان برای یک بال در اثرسطح، میزان فروریزش و گردابه های نوک بال کاهش می یابند. پدیده اثرسطح موجب افزایش نیروی برا و کاهش پسا یا به گفتار دیگر موجب افزایش نسبت برآ به پسا (L/D) نسبت به حالت پرواز آزاد می گردد. در مطالعه پیش رو، با استفاده از نرم افزار متن باز دینامیک سیالات محاسباتی به تحلیل حرکت جریان اثر سطحی یک بال مستطیلی با مقطع S8036 و نسبت منظری 3/46 در پنج زاویه حمله 4- تا 10 درجه و شش نسبت ارتفاع به کورد 0/1 تا 1 با سطح زمین ثابت و متحرک در جریان با رینولدز 105×1/2 پرداخته می شود. در ادامه با کمک گرفتن از ویژگی های حل عددی سطح به یک سطح موجی متحرک با موج های مختلف تغییر می کند. هدف از بررسی این پدیده شناسایی تأثیرات ناپایای تغییر شکل سطح بر روی میزان نیروهای برا و پسا وارد بر بال می‌باشد. همچنین تغییرات فشار ناشی از آن نیز موردبررسی قرار می گیرد. مقایسه نتایج به‌دست‌آمده و ضرایب نیروهای وارد بر بال با نتایج تجربی حاکی از اعتبار نتایج حاصل از حل عددی است. با نزدیک شدن به سطح میزان نیروی برا افزایش پیدا می کند، همچنین با کاهش گردابه های ناشی از بال، نیروی پسا نیز کاهش می یابد. مقادیر نسبت نیروی برا به پسا نیز در نزدیکی سطح افزایش قابل توجهی یافته و به طور کلی بازدهی بال افزایش می یابد. با نزدیک شدن به سطح در نسبت ارتفاع کوچک تر از 0/4 شرط مرزی سطح زمین به دلیل به وجود آمدن لایه مرزی بر روی سطح اهمیت بیشتری پیدا می کند و با استفاده از شرط مرزی متحرک، پاسخ های نزدیک تری به فیزیک جریان حاصل می شود. معمولاً از امواج کسینوسی به عنوان مدلی مناسب برای امواج سطحی ناشی از آب یا حتی سطح غیر هموار زمین استفاده می گردد. ضریب برا و پسا بال در اثر تغییرات فشار ناشی از سطح مواج شکل نوسانی به خود گرفته و با اختلاف فاز از نوسانات سطح شروع به نوسان می کنند. میانگین زمانی ضرایب برا و پسا با کاهش ارتفاع حرکت بال و نزدیک شدن آن به سطح افزایش می یابد. نسبت نیروی برا به پسا نیز رفتار نوسانی دارد، پس بازده کلی بال نیز نوسان دارد. اختلاف فاز نیروها با سطح مواج در اثر افزایش طول موج افزایش پیدا می کند و در اثر افزایش دامنه تغییر نمی کند. اما افزایش دامنه باعث افزایش دامنه نوسانات نیرو می شود و ضربه نیروی فشاری افزایش پیدا می کند. این پدیده می تواند بر روی پایداری بال تاثیر منفی داشته باشد.
- Abstract
- Aerodynamic behavior of a flying object is changed when flying in ground effect (GE). Due to the flow physics of a wing in ground effect (WIG) downwash and tip vortices will be reduced to a significant amount. The phenomenon of GE will result in higher lift and less drag forces for a wing, In other words, the lift to drag ratio will enhance in comparison to the free flight. In this study, taking advantage of OpenFOAM?, an open source CFD (Computational Fluid Dynamic) program, the aerodynamic behavior of a rectangular wing with S8036 airfoil in GE is investigated under different angle of attack and height to chord ratio with fixed and moving boundary conditions for ground and Reynolds number of 1.2×105. After that, the effect of deforming the ground to a moving wavy surface is considered. The aim of this modification is to study, the unsteady effect of wave on the wing’s aerodynamic behavior and the pressure distribution around the wing. Comparison of the wing drag and lift coefficient of numerical simulation with the previous experimental data shows good agreement. As the wing approaches the ground surface, with reduction in wing vortex, the drag is decreased and the lift force is increased. There is a significant increment in lift to drag ratio for flying near ground, then overall efficiency of the wing is increased. The importance of selecting the velocity boundary condition is determined for the height to chord ratios less than 0.4, where fixed ground boundary will form boundary layer on the wall. The result will be more physical with moving wall velocity. Usually water surface wave are modelled as cosine wave shape. The pressure redistribution due to moving wavy surface will make the lift and drag coefficient of the wing to oscillate with a different phase angle than the ground wall. The time averaged lift and drag coefficients will increase with decrease in wing height. Lift to drag ratio will also fluctuate with the lift force phase angle. The forces phase angle will increase with increasing the wavelength of surface waves. The increase in wave amplitude will amplify the force fluctuation, and reinforce the pressure forces impact. Then, this phenomenon has negative effect on the flight stability. Keywords: WIG, Ground Effect, Aerodynamic Behavior, Wing, Computational Fluid Dynamic, Wavy Wall GE, OpenFOAM.
