بخشی از مقاله
خلاصه
از جمله فن آوری های جدید جهت افزایش بازده آیرودینامیکی در زوایای حمله پایین و همچنین تاخیر در ایجاد جدایی جریان حول پرنده های بدون سرنشین - به صورت ویژه در مریخ نوردها - ، استفاده از مقاطع بال با هندسه های بادشونده نسبت به هندسه های مسطح می باشد. در تحقیق حاضر نیز میدان جریان حول مقاطع بال با هندسه های بادشونده و مسطح در رژیم جریان زیر صوت جهت تعیین ضرایب آیرودینامیکی به صورت عددی شبیه سازی شده است.
میدان جریان حول دو ایرفویل NACA 4318 و EPPLER 61 در سرعت 62 متر بر ثانیه و در زوایای حمله مختلف به صورت عددی حل شده است . نتایج حاصل نشان دهنده بالا بودن بازده آیرودینامیکی مقطع بال بادشونده در زوایای حمله پایین و عکس آن در زوایای حمله بالا نسبت به مقطع بال مسطح می باشد. طبق نتایج، جدایی جریان حول مقطع بادشونده در زوایای حمله بالاتری نسبت به مقطع مسطح رخ می دهد.
.1 مقدمه
نیاز به پرنده ای سبک با قابلیت مانور مناسب، در سال های پایانی جنگ جهانی دوم و نیز رقابت بین شوروی و ایالات متحده برای تسخیر فضا در میانه های جنگ سرد و تسریع کشف سایر سیارات منطومه شمسی موجب تلاش دانشمدان حوزه هوافضا برای افزایش کارایی، کیفیت و کاهش وزن پرنده های بدون سرنشین شد. تلاش دانشمندان این حوزه جهت رفع این دغدغه ها در انتهای جنگ جهانی دوم، نهایتا منجر به خلق پرنده با بال بادشونده و کوچک دو نفره با نام گوودیر گشت.
ساختار آیرودینامیکی و سازه ای پرنده با بال بادشونده به دلیل وزن پایین، کم حجم بودن و نیز قابلیت حمل محموله در آن، شرایطی را فراهم آورده تا در انواع پهپاد ها با کاربرد امداد رسانی، دیده بانی، نقشه برداری و نیز برخی پرتابه های کروز مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به نوع پیکربندی پرنده، جهت افزایش پایداری، مانور پذیری و کنترل پذیری آن باید الزامات خاصی اعمال گردد
در حال حاضر یکی از پارامتر های کلیدی و تعیین کننده در قابلیت های انفرادی سربازان اعزامی در برخی میادین نبرد و تیم های عملیات و تجات، تولید و به کار گیری پهپاد های کوچک و قابل حمل که عمدتا به صورت سیستم های بدون سرنشین هستند، می باشد. سازه های بادی و چگونگی ساخت آن ها با توجه به تمایز های کیفی و وزنی نسبت به نمونه های مسطح* می تواند آینده این شاخه ی بسیار حساس را دگرگون سازد.
هم اکنون ساخت پرنده ها با پلیمرها و کامپوزیت ها با تراکم بالا و یا دیگر مواد مرکب که اغلب دارای خاصیت انعطاف پذیری بالایی هستند بخش بسیار مهمی از تحقیقات پیرامون پرنده های بدون سرنشین را به خود اختصاص داده است. بسیاری از تکنیک ها و خلاقیت های پدید آمده در این حوزه از بالن ها و یا کشتی های هوایی الهام گرفته شده است. تحقیقات تکمیلی شامل مواردی می شود که این پرنده ها با قابلیت های مکانیک پروازی و آیرودینامیکی موثر تری به پرواز درآیند و کارامدتر باشند
اولین نمونه های هواپیمای سرنشین دار با بال باد شونده، توسط تیلور مک دانیل در سال 1930 با نام ماشین پرواز ثبت کرد. پرنده ی مک دانیل یک گلایدر با قطعات باد شونده و لوله های متعدد بود، پیج و خم و یا تاب خوردن بدنه و عقبه ی بال ها با استفاده از سیستم خطی ساده ی فرمان و ارابه ی چوبی که توسط مک دانیل برای کنترل جهت پرواز برای هواپیمای بدون موتور مونتاژ شده بود، صورت می گرفت.
شکل-1 ماشین پرواز آقای مک دانیل
مک دانیل، مزیت اصلی گلایدر خود را در استفاده از تیوپ های باد شونده می دانست. طرح او همانند نمونه های چوبی دیگر به راحتی نمی شکستند و سبک و منعطف بودند. با این تیوپ های سبک که دارای قابلیت ارتجاعی و تغییر حالت بودند امکان فرود گلایدر در نواحی صعب العبور با فضای کم و خطرناک وجود داشت. در سال 1951 مک دانیل، گلایدر با بال باد شونده خود را با موفقیت ساخت و حق امتیاز آن را با آزمایش های مکرر خلبانی، آزمایش گرانش و آزمایش پرواز در ایالات متحده ثبت کرد.
قابلیت های تاکتیکی امروزه اصلی ترین پارامتر در ساخت و تولید انواع پهپاد ها است، با افزایش تمرکز برای بهینه سازی این نوع از پرنده های سبک، حوزه کاربرد های آن ها وسیع تر شده و مواردی همچون نظارت برای امنیت مرزها، کاربردهای نظامی، و حتی اکتشاف در ارتفاع بالا و نواحی کم اکسیژن زمین و حتی جستجو در مریخ را شامل می شود.
در سال 1970 اولین استفاده از بال های باد شونده در هواپیمای بدون سرنشین صورت گرفت. آپترون پهپاد ساخته شده توسط این شرکت دارای بال به طول 5 فوت بود که به نوعی قابلیت فرود و پرواز در فضاهای کوچک را داشت. وزن پرنده چیزی در حدود 7 پوند بود که نیروی پیشران آن توسط یک موتور 0,5 اسب بخار و سیستم کنترل از راه دوری که در لبه ی حمله آن نصب شده بود کنترل می شد. اگرچه در ظاهر این هواپیما یک نمونه ی موفق بود ولی هیچگاه به تولید انبوه نرسید.
شکل -2 پهپاد با بال بادشونده - چین خورده - آپترون
در سال 2013 پژوهشگران دانشگاه کلارکسون* در نیویورک به همراه گروهی از محققان کالج امپریال لندن [4] در خصوص خواص آیرودینامیکی و مواد چند بال باد شونده تحقیق کردند. تحقیقات آن ها در مورد چگونگی استفاده موادی سبک و با کیفیت بالا به منظور افزایش کارایی و در عین حال کاهش هزینه ی ساخت این پرنده ها بود. آن ها در نهایت یک تونل باد مختص به آزمایش های پیرامون بال باد شونده، طراحی کردند.
ریموند و همکارانش[5] در سال 2009 در دانشگاه کنتاکی ایرفویل های انحنا دار باد شونده را جهت دستیابی به عملکرد پروازی با کیفیت تر و هم چنین بازده آیرودینامیکی بهتر به صورت عددی مورد بررسی و بهینه سازی قرار دادند. آن ها در بررسی ها و شبیه سازی های خود از ایرفویل های مختلفی استفاده کردند. ایشان در شبیه سازی دو بعدی خود محدوده عدد رینولدز را بین 104 تا 105 قرار دادند. در ادامه فعالیت خود آن ها نتایج عملکردی دو ایرفویل را بر حسب زاویه حمله های مختلف در گستره ی اعداد رینولدز ذکر شده، مقایسه و بررسی نمودند.
در مقاله حاضر نیز، میدان جریان حول دو ایرفویل NACA 4318 و EPPLER 61 با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت به صورت عددی شبیه سازی شده است. علت انتخاب این دو ایرفویل کاربرد گسترده آن ها در پرنده های بدون سرنشین با بال های بادشونده است.
