بخشی از مقاله
خلاصه
در پژوهش حاضر به بررسی آیرودینامیک حشرات در حالت تعلیق پرداخته میشود. هدف از پژوهش حاضر، یافتن نیروی برآ با استفاده از اطلاعات سینماتیکی و هندسی است. بالزنهای مذکور از نظر اندازه در ابعاد حشرات و پرندگان کوچک جثه مثل مرغ مگسخوار هستند. نهایتا نتایج حاصل از تئوری خط برآ که در این نوشتار از آن استفاده شده است با نتایج حاصل از روشهای تجربی مقایسه میشود که نتایج نشان از خطای قابل قبول این تئوری نسبت به دادههای تجربی دارد.
کلمات کلیدی: آیرودینامیک-شبهپایا-بالزن-حشرات-تئوری خط برآزا-غیرخطی
-1مقدمه
تحلیل و مطالعه ی ایرودینامیک بال زن ها به کمک روش های عددی در طول نیم قرن اخیر رشد بسیاری داشته است. در این روش ها با انجام مدل سازی فیزیکی و ریاضی مناسب بر اساس فرضیات مختلف، رفتار میدان جریان اطراف بال و همچنین نیرو های ایرودینامیکی تولید شده توسط بال قابل پیش بینی است هدف استفاده از این روش یافتن نیروی لیفت با استفاده از اطلاعات سینماتیکی وهندسی سازه میباشد که در این نوشتار سازهی مورد بررسی پرندگان با جثهی نسبتا بزرگ دارای بالهای دو تکه میباشد. سازگاری اصلی این روش در مواردی است که زاویهی حملهی ایرفویل زیاد بوده و ایرودینامیک، غیر خطی و شبه پایا باشد. تئوری خط برآ در حالت کلاسیک نخستین بار توسط پرانتل گسترش یافت. ازاین تئوری بیشتر در پیشبینی نیروهای برآ و درگ القایی بال سه بعدی استفاده میشود .
یکی از ویژگیهای روش مذکور، نتایج فرم بسته2ای است که میتوان از معادلات پیشنهادی آن استخراج کرد. لازم به ذکر است که اساس تئوری خط برآ بر پایهی فرضیهی پرانتل استوار است. در تئوری خط برآ به دلیل آنکه معادلات حاکم به دست آمده به صورت دیفرانسیلی- انتگرالی است رویهی خاصی برای حل آن وجود ندارد. اصولا روش خط برآ برای مدل سازی بالهای با نسبت منظری بالا، صفحهای، جریان پایا و به صورت بال ثابت3 کاربرد دارد که میتوان با اعمال یک سری تغییرات از این روش برای مدلسازی انواع بالها استفاده کرد. فلیپس و همکاران[1] نیز توانستند با یک سری اصلاحات تئوری خط برآ را برای بالهای غیر صفحهای4 با خمیدگی5 دلخواه و زاویهی عقبگرد6 دلخواه استفاده کرد. برای بالهای با نسبت منظری پایین روش سطح برآ 7 پیشنهاد میشود که نسبت به روش خط برآ کاراتر خواهد بود.
جونز و همکاران[2] با اعمال یک سری اصلاحات روی تئوری خط برآ توانستند این روش را برای بالهای با نسبت منظری پایین کارامد کنند به صورتی که نسبت به تئوری صفحه برآ توافق خوبی از خود نشان دادهاست. اسکلاونوس و همکاران[3] بر روی تئوری خط برآ در جریانهای ناپایا استفاده کرد که روش آنها برای بررسی بالهای با نسبت منظری بالا نیز جوابگو خواهد بود. کانلیسک و همکاران[4] از تئوری خط برآ برای بالهای چرخان8 در فاز پروازی تعلیق9 استفاده کرد. در روش مذکور تاثیرات جریان ناپایای وابسته به سه بعدی بودن مدل نیز اعمال شدهاست. نبوی و همکاران[5] تئوری خط برآ را به صورتی کارامد کردند که بتواند نیروهای برآ و درگ را در جریان شبه پایا برای حشرات مختلف در فاز حرکتی تعلیق با دقت قابل قبولی بهدست دهد.
-2روش تحلیل در شکل 1، نمای جانبی و بالای پرنده با بال یک تکه و جهت نیروهای برآ و پسا در حالتی که پرنده در حالت تعلیق است نشان داده شدهاست. در روش پیش رو بال به صورت یک گرداب محدود10 مدل میشود که براساس تئوری کوتا-ژاکوفسکی:11 - 1 -
