طراحی یک ایرفویل یا ماهی‌واره در ظاهر شامل محاسبات هندسی ساده است، اما تعیین دقیق نیروهای لیفت و درگ پیچیده بوده و نیازمند تحلیل آیرودینامیکی دقیق می‌باشد. در تونل باد واقعی می‌توان این نیروها را با دقت بالا اندازه‌گیری کرد، اما هزینه و محدودیت‌های آزمایشی باعث می‌شود که در بسیاری از کاربردها از تونل باد عددی (CFD) استفاده شود.

در این پروژه، هدف ارزیابی عملکرد آیرودینامیکی یک ایرفویل و تحلیل توزیع سرعت، میدان ماخ و نیروهای آیرودینامیکی آن به‌منظور بهینه‌سازی طراحی و پیش‌بینی عملکرد پروازی بوده است.

تصویر یک ایرفویل در تونل بادی شبیه سازی شده و کانتور سرعت روی آن

یک ایرفویل شبیه سازی شده و تعیین عدد ماخ روی آن

هندسه و شرایط مرزی

هندسه دقیق ایرفویل طبق پروفیل موردنظر ایجاد شده است.
شرایط مرزی شامل:
- ورودی جریان با سرعت یا عدد ماخ مشخص
- خروجی با فشار ثابت
- دیواره ایرفویل با شرط بدون لغزش (No-Slip) در صورت لزجت‌دار بودن مدل
دامنه محاسباتی طوری انتخاب شده که اثر مرزها بر جریان کاهش یابد.

این قسمتی از ایرفویل طراحی شده است که با نیرو های لیفت و درگ سروکار دارد.

شبکه‌بندی

شبکه دوبعدی با ریزشبکه در نزدیکی لبه حمله و خروج ایرفویل ایجاد شد.
لایه‌بندی مناسب در نزدیکی سطح جهت تحلیل لایه مرزی و پیش‌بینی دقیق جدایش جریان در نظر گرفته شد.
کیفیت شبکه بر اساس مقدار مناسب y+ کنترل شد.

مدل فیزیکی و معادلات حاکم

معادلات ناویر–استوکس تراکم‌پذیر یا اویلر (بسته به مدل جریان) برای حل میدان جریان استفاده شد.
تغییرات سرعت، فشار، چگالی و میدان ماخ به‌عنوان کمیت‌های کلیدی تحلیل شدند.
برای رسیدن به نتایج پایدار و قابل‌اتکا، تحلیل‌ها به‌صورت گذرا یا شبه‌پایدار نیز انجام شدند.

حل عددی و تنظیمات سالور

حل عددی با روش‌های گسسته‌سازی مناسب جهت مدل تراکم‌پذیر انجام شد.
الگوریتم حل فشار–سرعت یا تراکم‌پذیر انتخاب گردید.
معیارهای همگرایی مناسب برای فشار، سرعت و انرژی اعمال شد تا میدان جریان پایدار شود

نتایج و تحلیل

کانتورهای سرعت و نتایج میدان ماخ روی سطح ایرفویل نشان‌دهنده تغییرات آیرودینامیکی در لبه حمله، میانه پروفیل و ناحیه پسار بودند.
تحلیل لایه مرزی و بررسی جدایش کمک کرد رفتار جریان در زوایای مختلف حمله بهتر شناسایی شود.
مقدار نیروهای آیرودینامیکی محاسبه‌شده برای شرایط شبیه‌سازی‌شده عبارت‌اند از:
- نیروی پسا (Drag): 0.016
- نیروی لیفت (Lift): 0.78
این نتایج ابزاری کلیدی برای طراحی بال، پیش‌بینی عملکرد پروازی و کاهش نیاز به آزمایش‌های پرهزینه در تونل باد هستند.

جمع‌بندی

شبیه‌سازی عددی جریان اطراف ایرفویل روشی کارآمد و دقیق برای تحلیل رفتار آیرودینامیکی و تعیین کمّی نیروهای لیفت و درگ است. نتایج استخراج‌شده از کانتورهای سرعت، میدان ماخ و تحلیل نیرویی می‌توانند در طراحی بهینه بال، پیش‌بینی عملکرد و تعریف آزمایش‌های هدفمند فیزیکی مورد استفاده قرار گیرند.

برچسب‌ها

دینامیک گازها، هوافضا، ایرفویل، مکانیک سیالات، لیفت، بالابر، درگ، پسا، مهندسی مکانیک، طراحی بال هواپیما

پر بازدیدترین مطالب

محبوبترین مطالب

پربحثترین مطالب

هندسه و شرایط مرزی

شبکه‌بندی

مدل فیزیکی و معادلات حاکم

حل عددی و تنظیمات سالور

نتایج و تحلیل

جمع‌بندی

برچسب‌ها

برچسبها :

آخرین مطالب

طبقه بندی موضوعی

بایگانی

درباره

پیوندها

کلمات کلیدی