مطالعه تجربی و عددی اثر پارامترهای نوسانی روی مشتقات پایداری دینامیکی ایرفویل NACA0012

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله سعی شده است تا اثر پارامترهای نوسانی روی هر یک از مشتقات پایداری دینامیکی یک جسم پرنده دو‌بعدی به صورت های تجربی و عددی بررسی شود. به منظور تخمین مشتقات پایداری دینامیکی لازم است پاسخ آیرودینامیکی جسم به یک مانور مشخص به‌دست آید. در این تحقیق معادلات حرکت جسم به گونه ای بازنویسی شده که بتوان هر یک از مشتقات پایداری را به صورت جدا از هم در معادلات مشاهده و مانور مناسب را به منظور تعیین آن مشتق پیشنهاد داد. با توجه به معادلات حرکت، با ایجاد دو مانور پلانجینگ و پیچش خالص می توان تمامی مشتقات پایداری موجود در معادله حرکت جسم در فضای دوبعدی را به دست آورد. در ادامه، ایتدا مشتقات پایداری یک ایرفویل با انجام آزمایش برای چند حالت با فرکانس و دامنه‌های نوسان مختلف با مانور پلانجینگ به دست آمده است. پس از اعتبارسنجی حل عددی، مشتقات پایداری ایرفویل برای حالت های دیگر مانور پلانجینگ و نیز مانور پیچش خالص، محاسبه شدند. بررسی مشتقات پایداری در فرکانس‌ها و دامنه‌های نوسان مختلف نشان داد که اگر چه مشتقات پایداری می توانند تابعی از فرکانس و دامنه نوسان باشد، اما به‌ازای محدوده مورد مطالعه عدد استروهال تغییر محسوسی ندارد.

کلیدواژه‌ها


  1. Bryan G.H. “Stability in Aviation”, Hardpress, Los Angeles, United States, 2012.
  2. Azarsina F. “Experimental Hydrodynamics and Simulation of Maneuvering of an Axisymmetric Underwater Vehicle”, PhD Dissertation, Memorial University of New Foundland, Faculty of Engineering and Applied Science, 2009.
  3. Greenwell, D.I. “Frequency Effects on Dynamic Stability Derivatives Obtained from Small-Amplitude Oscillatory Testing”, Journal of Aircraft, Vol. 35, No. 5, pp. 776–783, 1998.
  4. Saeidinezhad, A., Dehghan, A.A., and Dehghan Manshadi, M. “Experimental Investigation of Hydrodynamic Characteristics of a Submersible Vehicle Model with a Non-Axisymmetric Nose in Pitch Maneuver ”, Ocean Engineering, Vol. 100, pp. 26–34, 2015.
  5. Kiichemann, D. “Problems in Wind Tunnel Testing Techniques”, AGARD REPORT No. 601, 1973.
  6. Kalviste, J. “Use of Rotary Balance and Forced Oscillation Test Data in Six Degrees of Freedom Simulation”, The 9th Atmospheric Flight Mechanics Conference,. San Diego, U.S.A, August 9-11, 1982.
  7. Pamadi, B.N. “Performance, Stability, Dynamics and Control of Airplanes”, AIAA Education Series, 1998.
  8. Ronch, A.D. “On the Calculation of Dynamic Derivatives Using Computational Fluid Dynamics”, PhD Dissertation, School of Engineering, University of Liverpool, 2012.
  9. Kim H., Akimoto, H., and Islam, H. “Estimation of the Hydrodynamic Derivatives by RANS Simulation of Planar Motion Mechanism Test”, Ocean Engineering, Vol. 108, pp. 129–139, 2015.
  10. Leong, Z.Q., Ranmuthugala, D., Penesis, I., and Nguyen, H.D. “RANS-Based CFD Prediction of the Hydrodynamic Coefficients of DARPA SUBOFF Geometry in Straight-Line and Rotating Arm Maneuvers”, Transactions RINA, Part A1, Int. J. Maritime Eng., Vol. 157, pp: A41-A52, 2015.
  11. Randeni, A.T., Leong, Z.Q., Ranmuthugala, D., Forrest, A.L., and Duffy, J. “Numerical Investigation of the Hydrodynamic Interaction between Two Underwater Bodies in Relative Motions”, Applied Ocean Research, Vol. 51, pp. 14–24, 2015.
  12. Roskam, J. “Methods for Estimating Stability and Control Derivatives of Conventional Subsonic Airplanes”, Roskam Aviation and Engineering Corporation, 1977.
  13. Glauert, H. “Aerodynamic Theory”, The Aeronautical J., Vol. 34, No. 233, pp. 409-414 1930.
  14. Ronch, A.D., Vallespin, D., Ghoreyshi, M., and Badcock, K.J. “Evaluation of Dynamic Derivatives Using Computational Fluid Dynamics”, AIAA Journal, Vol. 50, No. 2, pp.470-484, 2012.
  15. Storms, B.L. and Jang, S.C. “Lift Enhancement of an Airfoil Using a Gurney Flap and Vortex Generators”, J. of Aircraft, Vol. 31, No. 3, pp. 542-547, 1994.
  16. Berton E., Favier D. and Maresca M. “Embedded LDV Methodology for Boundary-Layer Measurements on Oscillating Models”, AIAA Paper 97-1832, 1997.
  17. Baracos, G. and Drikakis, D. “An Implicit Unfactored Method for Unsteady Turbulent Compressible Flows with Moving Boundaries”, Computers and Fluids, Vol. 28, pp. 899–922 ,1999.
  18. Racine, B.J. and Paterson, E.G. “CFD-Based Method for Simulation of Marine-Vehicle Maneuvering”, the 35th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit., Toronto, Ontario Canada, 2005.
  19. Hu, Z. and Lin, Y. “Computing the Hydrodynamic Coefficients of Underwater Vehicles, Based on Added Momentum Source”, Int. Society of Offshore and Polar Engineers (ISOPE), Vancouver, Canada, July 6-11, 2008.
  20. Yu, M. “Numerical and Experimental Investigations on Unsteady Aerodynamics of Flapping Wings”, PhD Dissertation, Department of Ocean Engineering, Iowa State University, Iowa, 2012.
  21. Ronch A.D., Badcock K.J., Khrabrov A., Ghoreyshi M., and Cummings, R. “Modeling of Unsteady Aerodynamic Loads”, AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, pp. 6524, 2011.
  22. Cleaver, D., Wang, Z., and Gursul, I. “Investigation of Mechanisms of High Lift for a Flat-Plate Airfoil Undergoing Small Amplitude Plunging Oscillations”, AIAA J., pp. 968-980, 2013.
  23. Marzabadi F.R. and Moghaddam R.K. “Longitudinal Dynamic Derivatives of an Airfoil Under Pitching and Plunging Oscillations in Wind Tunnel”, Modarres Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 10, pp. 159-166, 2014 (in Persian) .
  24. Oller, E.D. “Forces and Momentum Due to Unsteady Motion of an Underwater Vehicle”, MSc Thesis, School of Aerospace Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 2003.
  25. Jones, D.A., Clarke, D.B., Brayshaw, I.B., Barillon J.L., and Anderson, B., “The Calculation of Hydrodynamic Coefficients for Underwater Vehicles”, No. DSTO-TR-1329, Defence Science and Technoligy Organization Victoria (Australia), Platform Science Lab, 2002.
  26. Saeedi, M. and Mani, M. “A Proposed Method for Generating Tabulated Data for Wall Interference Correction in Unsteady Subsonic Wind Tunnel Testing”, World Applied Sciences Journal, Vol. 25, No. 5, pp. 813-821, 2013.
  27. Esfahani, V.N., Mani, M., “Numerical Study of Reduced Frequency Effect on Longitudinal Stability Derivatives of Airfoil under Pitching and Plunging Oscillations”, Journal of Aerospace Technology and Management, Vol. 8, No. 3, pp. 272-280, 2016.
  28. Brayshaw, I. “Hydrodynamic Coefficients of Underwater Vehicles”, Student Report, Maritime Platforms Division, Aeronautical and Maritime Research Laboratories, DSTO, Melbourne, 1999.
  29. Strumpf, A. “Equations of Motion of a Submerged Body with Varying Mass”, Stevens Institute of Technology, Report SITDL-60-9-771, 1960.
  30. Guo, J. and Chiu, F.C. “Maneuverability of a Flat-Streamlined Underwater Vehicle”, Proceedings 2001 ICRA, IEEE Int. Conf., Vol. 1, pp. 897-902, 2001.