بخشی از مقاله
چکیده
بررسی اثرات نصب اسپایک بر دماغه سرپخ در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد ضرایب آیرودینامیکی با نصب اسپایک و آیرودیسک های متفاوت بروی دماغه مورد تحقیق قرار گرفته است. همچنین، به منظور مطالعه رفتار ضرایب آیرودینامیکی، کانتور های ضریب فشار و میدان جریان در دو عدد ماخ و دو زاویه حمله متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از شبیه سازیهای صورت گرفته نشان میدهد که، عدم نصب اسپایک بر روی دماغه در سرعت های بالا و رژیم جریانی ماوراصوت یک شوک کمانی نزدیک به دماغه را بوجود آورده و موجب افزایش شدید دما روی سطح دماغه شده است.
جریان شوک در هنگام برخورد با اسپایک و آیرودیسک به صورت شوک مخروطی ظاهر میشود، اما در دماغه بدون اسپایک شوک مایل بوجود میآید. شکل موج شوک بر دماغه وابسته به وجود آیرودیسک و اسپایک میباشد. در زاویه حمله صفر درجه همواره کمترین مقدار ضریب پسا و ضریب فشار بوجود آمده است. با این وجود تغییر زاویه حمله موجب ایجاد تغییراتی شدید در عملکرد ضرایب آیرودینامیکی ساختار موج شوک و میدان جریان شده است.
-1 مقدمه و هدف
علم سیالات از جمله علومی است که به مطالعه و بررسی جریان سیال و محاسبهی نیروها و گشتاورهای ناشی از آن بر روی اجسام میپردازد. نیروهای وارد بر یک جسم در اثر حرکت سیال بر روی آن تولید میشود که این نیروها را به صورت عمومی میتوان به دو نیروی برآ1 و پسا2 تقسیم کرد2]،.[1 تولید نیروی برآ، نیروی پسا را که ناشی از نیروی اصطکاک پوسته و نیروی فشار میباشد نیز تولید میکند. در هنگام برخورد جریان با اجسام در رژیمهای جریان ماوراصوت پدیدههای نامطلوبی رخ میدهد.[3] به طور مثال میتوان به افزایش نیروی پسا و افزایش گرمایش آیرودینامیکی و به وجود آمدن شوکها اشاره کرد.
روشهای گوناگون و متفاوتی جهت کاهش نیروی پسا و بهبود پارامترهای آیرودینامیکی در اجسام پرنده در سرعتهای بالا به کار گرفته میشود. استفاده از آیرواسپایک3 یکی دیگر از روشهای موثر در کاهش نیروی پسا و گرمایش آیرودینامیکی است. اسپایک یک جسم سوزنی شکل است که به منظور کاهش نیروی پسا و گرمایش آیرودینامیکی در نوک دماغه جسم مورد استفاده قرار میگیرد4]،.[5 در نوک اسپایک معمولا از یک دیسک با شعاع کوچک به منظور عملکرد بهتر اسپایک استفاده میشود که در اصطلاح آیرودیسک1 نامیده میشود. نمونههایی از ایرودسک در شکل 1 نشان داده شده است.
در تحقیق حاضر معیار جریان و بررسی ضرایب آیرودینامیکی میباشد. استفاده از اسپایک و آیرودیسکها و نصب آنها بر روی دماغهی سامانههای پروازی مورد توجه محققین قرار گرفته که در این تحقیق به بررسی بیشتر این روش پرداخته میشود. بررسی تاثیر عدد ماخ جریان آزاد بر میدان جریان و موقعیت مکانی شکل گیری شوک های کمانی بر اثر تغییر زاویه حمله و همچنین بررسی نیروهای وارد بر هندسه تعریف شده از جمله پارامترهای مورد بررسی میباشد. در کلیه شبیهسازیها جریان با عدد ماخِ 5/75 و زاویه حمله 12 و 0 درجه بررسی شده است. همچنین، دمای دیواره 300 درجه کلوین فرض شده است و از خاصیت تقارن برای کاهش حجم محاسبات استفاده شده است. شکل2 نمای دو بعدی از دماغه مورد نظر را نشان میدهد.
-2 پیشینه تحقیق
بررسیهای تجربی میدان جریان حول بدنه پخ دارای اسپایک در سال 1950 اولین بار توسط استالدر 1 انجام شد .[7] این آزمایشات به منظور بررسی انتقال حرارت و توزیع فشار بروی یک استوانه کروی شکل مجهز به شارپ اسپایک در عدد ماخ 5/04 صورت گرفته است. نتایج این پژوهش کاهش %45 نیروی پسا را نشان میدهد. در پژوهشی دیگر بوگتونوف2و وَس3 اثرات افزایش طول اسپایک بروی نیروی پسا را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که با افزایش طول اسپایک نیروی پسا کاهش مییابد.[8] زهیر و همکاران[9] 4 اثرات نصب برآمدگی و تزریق جت بر روی دماغه مخروطی پخ شده را در عددهای ماخ 5، 6 و 9/7 مورد بررسی قرار دادند.
نتایج این تحقیق نشان میدهد که با افزایش عدد ماخ جریان، فشار نیز افزایش یافته و همچنین، وجود برآمدگی باعث ایجاد ممان پیچشی در دماغه مخروطی شده است. با تزریق جت از برآمدگی در عدد ماخ 5، مقدار ضریب فشار در بالای برآمدگی افزایش یافته است. افزایش عدد ماخ جریان نیز باعث افزایش ضریب فشار شده است. در پژوهشی دیگر نیز اثرات آیرودینامیکی نصب برآمدگی با زاویه 90 دجه بروی دماغه ای با بدنه استوانهای مورد بررسی قرار گرفت. یافتههای بدست آمده نشان میدهد که نصب برآمدگی باعث ایجاد ضریب ممان و برآ در مقایسه با حالت بدون برآمدگی شده است.
همچنین، وجود برآمدگی باعث افزایش ضریب نیرو پسا در مقایسه با حالت برآمدگی شده. اثرات نصب اسپایک بروی مخروطهای پخ شده در جریان با عدد ماخ 5/75 و زوایای حمله 3 ، 7، 10و 12 توسط برزگر و همکاران[6] مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از بررسی ساختار موج شوک نشان میدهد که اسپایک با شکلهای متفاوت اثرات گوناگونی بر نیروی پسا میگذارد، به طوری که کات اسپایک در زاویه 0 تا %60 از نیروی پسا را کاهش میدهد.
-3 حل عددی
گسسته سازی شارهای غیر لزج با استفاده از روش Roe انجام گرفته همچنین، در این تحقیق از مدل آشفتگی به منظور مدلسازی استفاده شده است. مدل SST که در جریانهایی با عدد رینولدز بالا برای زیر لایهی مرزی مورد استفاده قرار میگیرد.
