بررسي اثر صدمه بر مشخصات ائروديناميکي بال با در نظر گرفتن آثار جريان سهبعدي

Transcript

1 سهيال عبدالهيپور محمود ماني کارشناس ارشد مهندسي هوافضا پژوهشگاه هوافضا وزارت علوم تحقيقات و فناوري تهران sabdolahi@ari.ac.ir استاد دانشکدة مهندسي هوافضا دانشگاه صنعتي اميرکبير تهران تاريخ دريافت: 1394/05/09 تاريخ پذيرش: 1394/08/16 چکيده NACA واژگان کليدي صدمهاي که روي آن ايجاد شده است بستگي دارد. بيشك صدمهاي که سبب از دست رفتن بخش فيزيكي يك بال يا سطوح کنترل پرواز شود در کاهش عملكرد ائروديناميكي و تنزل سطح 1. مقدمه از جمله مهمترين مسائلي که در طراحي هواپيما در نظر گرفته ميشود سالمماندن و قابليت نجات و بقاي هواپيما در شرايط اضطراري است. بقاي يك هواپيما به آسيبپذيري آن نسبت به 7

2 کنترل پرواز مؤثر است. بهعنوان نمونه صدمه ممكن است بهوسيلة سالحهاي کوچك و يا آتشبارهاي ضدهوايي بر بال هواپيما ايجاد شده باشد. صدمه بر بال هواپيما بهطور جدي باعث تنزل در توانايي پرواز هواپيما خواهد شد بهطوريکه شانس فرود سالم هواپيما در حد قابل توجهي کاهش مييابد. بنابراين صرف هزينه و زمان براي انجام آزمايشهاي تونل باد و بهرهبردن از روشهاي عددي در طراحي بهينة ائروديناميكي اجزاي هواپيما ميتواند در مقابل خسارات جبرانناپذير تلفات مالي و جاني مقرون بهصرفه باشد. در مورد صدمات وارده بر بال پيشبيني دقيق تغييرات ضرايب ائروديناميكي در اثر صدمه نقش قابل توجهي در ميزان بقاي هواپيما دارد. متأسفانه اقدامات اندکي در ارتباط با آثار ائروديناميكي صدمه روي بال انجام شده و فقدان توجه به عوامل ائروديناميكي موجب کمبود اطالعات مناسب در اين زمينه شده است. نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 8

3 سهيال عبدالهيپور محمود ماني شكل 1. محفظة آزمون تونل باد و مدل بال صدمهديدة نصبشده در آن NACA NACA

4 Y Lift Coefficient Millions Number of Gridpoints شكل 3. بررسي استقالل از شبكه در زاوية حملة 6 درجه شكل 2. مدل هندسي بال صدمهديده κ-ε نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 10

5 سهيال عبدالهيپور محمود ماني شكل 4. کيفيت شبكة محاسباتي در اطراف بال سهبعدي و در ناحية صدمه شكل 5. کيفيت شبكة محاسباتي در داخل سوراخ صدمة مثلثي 11

6 . شكل 6. خطوط مسير جريان بال صدمهديده در زاوية حملة صفر درجه نماي جانبي حل عددي شكل 8. خطوط مسير جريان از نماي بااليي بال صدمهديده در زاوية حملة صفر درجه حل عددي شكل 7. آشكارسازي جريان از نماي بااليي بال صدمهديده در زاوية حمله صفر آزمايش تونل باد نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 12

7 سهيال عبدالهيپور محمود ماني. شكل 9. خطوط مسير جريان بال صدمهديده در زاوية حملة 6 درجه نماي جانبي حل عددي شكل 10. آشكارسازي جريان از نماي بااليي بال صدمهديده در زاوية حملة 6 درجه آزمايش تونل باد شكل 11. خطوط مسير جريان از نماي بااليي بال صدمهديده در زاوية حملة 6 درجه حل عددي 13

8 Cl Angle of Attack (Degrees) Undamaged Damaged شكل 12. مقايسه ضريب نيروي برآي بال صدمهديده در مكان ميانه با بال سالم Cm Angle of Attack (Degrees) Undamaged Damaged شكل 13. مقايسة ضريب ممان پيچشي بال صدمهديده در مكان ميانه با بال سالم Cd Angle of Attack Undamaged شكل 14. مقايسه ضريب نيروي پسا بال صدمهديده در مكان ميانه با بال سالم Damaged نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 14

9 سهيال عبدالهيپور محمود ماني dcl Angle of Attack (Degrees) Root Middle Tip شكل 15. بررسي اثر مكان صدمه در راستاي دهانة بال ترم اختالفي ضريب برآ بال صدمهديده و بال سالم dc C dc dc l d m C C C l Damaged l Undamaged C d Damaged d Undamaged C m Damaged m Undamaged )1( dcm Angle of Attack (Degrees) Root Middle Tip شكل 16. بررسي اثر مكان صدمه در راستاي دهانه بال ترم اختالفي ضريب ممان پيچشي بال صدمهديده و بال سالم dcd Angle of Attack (Degrees) Root Middle Tip شكل 17. بررسي اثر مكان صدمه در راستاي دهانه بال ترم اختالفي ضريب پساي بال صدمهديده و بال سالم 15

10 نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 16

11 سهيال عبدالهيپور محمود ماني شكل 18. ضريب نيروي برآ بال سالم نتايج حل عددي و آزمايش تونل باد شكل 19. ضريب نيروي پسا بال سالم نتايج حل عددي و آزمايش تونل باد شكل 20. ضريب نيروي برآ بال صدمهديده در مكان ميانه نتايج حل عددي و آزمايش تونل باد شكل 21. ضريب نيروي پسا بال صدمهديده در مكان ميانه نتايج حل عددي و آزمايش تونل باد 10. مآخذ [1] Hayes, C. Effects of Simulated Wing Damage on the Aerodynamic Characteristic of Swept Wing Airplane Model. NASA Technical Report TMX-1550 (1968). [2] Betzina M., Brown D. H. Aerodynamic Characteristic of an A-4 B Aircraft with Simulated and Actual Gunfire Damage to One Wing. NASA Technical Report TMX (1976). [3] Westkaempir, J.C., Chandrasekharan, P.M. The Effects of Warhead-Induced Damage on the Aeroelastic Characteristics of Lifting Surface. 17

12 Aerodynamic Effects, Vol. 2, University of Texas At Austin, AFOSR Technical Report TR , [4] Stearman. R. The Influence of Ballistic Damage on the Aeroelastic Characteristics of Lifting Surfaces. AFOSR Technical Report TR (1979). [5] Lamb, M. Effects of Simulated Damage on Stability and Control Characteristics of a Fixedwing Twin-vertical-tail Fighter Model at Mach Numbers From 2.50 to NASA Technical Report TMX-2815 (1973). [6] Spearman, M.L. Wind Tunnel Studies of the Effects of Simulated Damage on the Aerodynamic Characteristics of Aeroplanes and Missiles. NASA Technical Report Tm (1982). [7] Irwin, A.J., Render, P.M., McGuirk, J.J., Porobert, B., Alonze, P.M. Initial Investigation into Aerodynamic Propertied of a Battle Damaged Wing. Paper presented at the 13th AIAA Applied Aerodynamics Conference, California, USA, [8] Irwin, A.J., Render, P.M. The Influence of Internal Structure on the Aerodynamic Characteristics of Battle-Damaged Wings. Paper presented at the 14th AIAA Applied Aerodynamics Conference, New Orlean, USA, [9] Robinson, K.W., Leishman, J.G. The Effect of Ballistic Damage on the Aerodynamic of Helicopter Rotor Airfoils. Paper presented at the Proceeding of the American Helicopter Society 53rd Annual Forum, Virginia, USA, [10] Leishman, J.G. Aerodynamic characteristic of a Helicopter Rotor Aerofoil as Affected by Simulated Ballistic Damage. U. S army research lab report ARL-CR 66 (1993). [11] Robinson, K. W., Leishman, J.G. The Effect of Ballistic Damage on the Aerodynamic of Helicopter of Rotor Airfoils. Journal of Aircraft 35 (1998): [12] Irwin, A.J., Render, P.M. The Influence of Mid-Chord Battle Damage on the Aerodynamic Characteristics of Two-Dimensional Wings. The Aeronautical Journal Royal Aeronautical Society 104 (2000): [13] Render, P.M. Aerodynamics of Battle Damaged Wings-the Influence of Flaps, Camber and Repair Schemes. Paper presented at the 23rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, Toronto, Canada, [14] Mani, M., Render, P.M. Experimental investigation into the Aerodynamics characteristics of Airfoils with Triangular and star Shaped through Damage. Paper presented at the 23rd AIAA Applied Aerodynamics Conference, Toronto, Canada, [15] Rasi, F., Ajali, F., Mani, M. Aerodynamic investigation of a damaged airfoil with wall effects. Scientia Iranica, International journal of science and technology Transaction B: Mechanical engineering 17 (2010): [16] Etemadi, F., Yahyavi, B., Mani, M. Experimental and numerical investigations on an airfoil with triangular- and star-shaped damage. Proceedings of the institution of mechanical engineers part G, Journal of Aerospace Engineering 226 (2012): [17] Saeedi, M., Ajali, F., Mani, M. A comprehensive numerical study of battle damage and repairs upon the aerodynamic characteristics of an aerofoil. The Aeronautical Journal 114 (2010): [18] Render, P.M. Aerodynamics of Battle- Damaged Finite-Aspect-Ratio Wings. Journal of Aircraft 46 (2009): [19] Mi, J., Nathan, G.J., Luxton, R.E. Centerline Mixing Characteristic of Jets From Nine Different Shaped Nozzles. Experiments in Fluids 28 (2000): [20] Wilcox, D.C. Turbulence Modeling for CFD. California: DCW Industries Inc., [21] White, F. M. Viscous Fluid Flow. New York: McGraw-Hill, [22] Anderson, J.D. Fundamentals of Aerodynamics. New York: McGraw-Hill, نشرية علمي پژوهشي دانش و فناوري هوافضا 18

13 سهيال عبدالهيپور محمود ماني پينوشت 1. span 2. paint technique 3. middle 4. root 5. tip 6. operating pressure condition 7. velocity inlet 8. pressure outlet 9. wall 10. forward separation line 11. secondary separation line 12. contra rotating vortex 13. laminar separation bubble 19