شبیه‌سازی عددی اثر بالک مشبک بر نیروهای آیرودینامیکی یک موشک

نادری, علی اصغر; یزدانی, خشایار; فرج الهی, امیرحمزه; رستمی, محسن; سلیمی, محمدرضا

شبیه‌سازی عددی اثر بالک مشبک بر نیروهای آیرودینامیکی یک موشک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه امام علی

² دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه گیلان

³ دانشگاه امام علی (ع)

⁴ دانشکده مهندسی، دانشگاه امام علی

⁵ پژوهشکده هوافضا، تهران، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر با استفاده از حل عددی به پیشبینی میدان جریان و نیروهای آیرودینامیکی سه نوع موشک با طراحی مختلف بالکها و نیز مقایسه بالک معمولی و مشبک پرداخته شده است. یکی از مهم‌ترین پارامترهایی که در پایداری و عملکرد موشک بسیار حائز اهمیت است، بالکها هستند. طراحی و بهینهسازی این بالکها میتواند اثرات قابل توجهی در کارآیی آیرودینامیکی و مانورپذیری موشک داشته باشند. نتایج در محدوده اعداد ماخ 5/0 تا 3 و زوایه حمله 0 تا 10 درجه استخراج شده‌اند. در این مطالعه پارامترهایی نظیر نیروی پسا، نیروی برآ، میدان جریان و توزیع عدد ماخ مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که بالک مشبک در موقعیت دم، بیشترین نیروی پسا را ایجاد
میکند. همچنین نتایج نشان دادند که نیروی برآ برای موشک با بالک مشبک در موقعیت دم، از دو موشک دیگر (موشک معمولی و موشک کانارد مشبک) بیشتر است و با افزایش زاویه حمله مقدار نیروی برآ نیز بیشتر میشود. گشتاور لولایی نیز برای بالک‌های قرارگرفته در موقعیت کانارد، برای بالک مشبک مقادیر کمتری را نسبت به بالک معمولی نشان می‌دهد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده نیروی پسا از اعداد ماخ زیر صوت به سمت اعداد ماخ فراصوت روند افزایشی داشته و در اعداد ماخ مافوق صوت کاهش پیدا کرده است. علاوه بر این، با افزایش عدد ماخ به سمت اعداد ماخ فراصوتی، امواج عمودی در جلوی بالک تشکیل شده و سبب افزایش شدیدی در نیروی پسا شده است.

کلیدواژه‌ها

DOR:20.1001.1.23223278.1399.9.1.12.0

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effect of Lattice Fin on the Aerodynamic Forces of a Missile

نویسندگان [English]

ali asghar naderi ¹
khashayar yazdani ²
amirhamzeh farajollahi ³
Mohsen rostami ⁴
mohammad reza salimi ⁵

¹ department of mechanical engineering, imam ali university

² department of mechanical engineering, gilan university

³ Department of Mechanical Engineering, Imam Ali University, Tehran, Iran

⁴ department of engineering, imam ali university

⁵ Astronautical Systems Research Institute Aerospace Research

چکیده [English]

In the present study, using numerical solution to predict the flow field and aerodynamic forces of three types of missile with the different designs of the fin and also to comparison of the ordinary and lattice fin. One of the most important parameters in the stability and performance of a missile is the fins. The design and optimization of these fins can have significant effects on the aerodynamic efficiency and maneuverability of the missile. The results are presented in the range of Mach numbers 0.5 to 3 and the angle of attack 0 to 10 degrees. In this study, parameters such as drag force, lift force, flow field, and Mach number distribution were analyzed. The results showed that missile with lattice fin in the tail position; it produced the greatest drag force. Also, the lift force for the missile with lattice fin in the tail position is higher than the other two missiles (ordinary and lattice canard) and increases with increasing angle of attack. The momentum forces for fins located in the canard position shows less value for the lattice fin than the flat fin. The results show that the drag force also increased from subsonic Mach numbers to supersonic Mach numbers, and then decreased with rising Mach numbers. In addition, with the increase of Mach number to the hypersonic Mach numbers, normal shock waves are formed in front of the fin, causing a sharp increase in drag force.

کلیدواژه‌ها [English]

Ordinary fin
Lattice fin
numerical solution
aerodynamic forces

مراجع

Zeng, Y., Cai, J., Debiasi, M., and Chng, T. L., “Numerical Study on Drag Reduction for Grid-Fin Configurations”, In 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, pp. 1105, 2009.##
Washington, W. D. and Miller, M. S., “Experimental Investigations of Grid Fin Aerodynamics: a Synopsis of Nine Wind Tunnel and Three Flight Tests”, In AGARD Applied Vehicle Technology Panel Symposium and Meeting on Missile Aerodynamics, Paper, Vol. 10, 1998.##
Berner, C. and Dupuis, A., “Wind tunnel tests of a grid finned projectile configuration”, In 39th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, pp. 105, 2001.##
Pruzan, D., Mendenhall, M., Rose, W., and Schuster, D., “Grid fin Stabilization of the Orion Launch Abort Vehicle”, In 29th AIAA Applied Aerodynamics Conference, pp. 3018, 2011.##
Lin, H., Huang, J. C., and Chieng, C. C., “Navier-Stokes Computations for Body/Cruciform Grid Fin Configuration”, Journal of spacecraft and rockets, Vol. 40, no. 1, pp. 30-38, 2003.##
Hughson, M., Blades, E., and Abate, G., “Transonic Aerodynamic Analysis of Lattice Grid Tail Fin Missiles”, In 24th AIAA Applied Aerodynamics Conference, pp. 3651, 2006.##
Farajollahi, A. H., Yazdani, K., and Naderi, A. A., “The Effect of the Geometric Parameters of the Fin on Aerodynamic Performance of Missile”, Fluid Mechanics and Aerodynamics Journal, ,Vol. 8-2, pp. 141-151, 2020, URL: https://fma.ihu.ac.ir/article_205276.htm.##
Zeng, Y., Cai, J., Debiasi, M., and Chng, T. L., “Numerical Study on Drag Reduction for Grid-Fin Configurations”, In 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, pp. 1105, 2009.##
Bak, K. M. “Experimental Investigation and Computational Fluid Dynamics Analysis of Missile with Grid Fin in Subsonic Flow”, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2, no. 11, pp. 6214-6220, 2010.##
Prashanth, H. S., Ravi, K. S., and Krishnappa, G. B., “Aerodynamic Characteristics of G16 Grid Fin Configuration at Subsonic and Supersonic Speeds”, International Journal of Engineering Research and General Science, Vol. 2, no. 5.14, pp. 129-135, 2014.##
Huang, C., Wen, L. I. U., and Guowei, Y. A. N. G., “Numerical Studies of Static Aeroelastic Effects on Grid Fin Aerodynamic Performances”, Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 30, no. 4, pp. 1300-1314, 2017.##
Faza, G. A., Fadillah, H., Silitonga, F. Y., and Moelyadi, M. A., “Study of Swept Angle Effects on Grid Fins Aerodynamics Performance”, In Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1005, No. 1, p. 012013, 2018.##
Liu, Y., Xia, Z. X., and Liu, J., “Numerical Simulation of Aerodynamic Characteristics and Heating for Grid Fin Missiles”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G”, Journal of Aerospace Engineering, Vol. 233, no. 7, pp. 2368-2377, 2019.##
Tripathi, M., Sucheendran, M. M., and Misra, A., “Experimental Analysis of Cell Pattern on Grid Fin Aerodynamics in Subsonic Flow. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G”, Journal of Aerospace Engineering, 0954410019872349, 2019.##

Yue, C. G., Chang, X. L., Yang, S. J., and Zhang, Y. H., “Numerical Simulation on Aerodynamic Characteristic of an Air-to-Air Missile”, In International Workshop on Computer Science for Environmental Engineering and EcoInformatics, Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 472-476, 2011.##