گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
نیروی پیشران در وسایل پرنده بدون سرنشین معمولاً توسط ملخ‌ها تأمین می‌شود. یک پرنده بدون سرنشین برای انجام عملیات مختلف نیازمند بیشینه بودن نیروی پیشرانش و درعین‌حال کمینه بودن نیروی پسا است. عملکرد این وسیله پرنده می‌تواند تحت تأثیر اسپینر ملخ باشد. در صورت تحلیل صحیح از شکل آیرودینامیکی اسپینر،عملکرد ملخ می‌تواند بهبود یابد. در این تحقیق، طراحی آیرودینامیکی اسپینر مدنظرقرارگرفته و پارامترهای هندسی تأثیرگذار بر عملکرد پرنده مورد مطالعه قرار می‌گیرد. هدف نهایی، استفاده از اسپینر بهینه‌شده برای هواپیمای بدون سرنشین با ملخ دو پره‌ای است. این مهم با شناخت و بهینهیابی اجزای این دست از پرنده‌ها میسر می‌شود. ازاینرو در ابتدا شناخت و بررسی تأثیر هندسه اسپینر بر عملکرد آیرودینامیکی ملخ هول‌دهندهمورد بررسی قرار گرفت.سپس با شبیه‌سازی عددی بر پایه دینامیک سیالات محاسباتیوجود یا عدم وجود اسپینر مقایسه می‌شود. شبیه‌سازی عددی انجام‌شده در حالت گذرا و با در نظر گرفتن آشفتگی جریان به‌صورت سه‌بعدیانجام‌شده وبه‌منظور اعتبارسنجی حل عددی نیز نتایج حاصله با نتایج منتشرشده مقایسه می‌شود. انگیزه پژوهش پیش‌رو، بهبودپنج متغیر طراحی (شعاع صفحه مبنای اسپینر)، (طول مبنای اسپینر)، (فاصله خالی میان اسپینر و کویلینگ)، (زاویه شیب مبنای اسپینر) و (زاویه شیب کلاهک اسپینر) اسپینر ملخ هول‌دهنده و ارائه راهکارهایی برای انتخاب اسپینر مناسب توسط روشی کارآمد همچون تاگوچی، بوده است. این روند به‌گونه‌ای پیگیری شده است تا بازدهی مطلوبی برای ملخ حاصل گردد. در انتها این تلاش به بهینه‌سازی، طراحی و شبیه‌سازییک اسپینر با عملکرد بالاتر ختم شد. در نتیجه وسیله پرنده با اسپینرپیشنهادشده برای ملخ آن از بازده پیشرانش و نیروی پسای بدنه مناسبی برخوردار می‌باشد.
Borges, M. “Design of an Apparatus for Wind Tunnel Tests of Electric UAV Propulsion Systems”, Master’s thesis, Instituto Superior Técnico. 2015.##
Lorenz R. Toleos, Jr., Niño Jhim Andrew B. Dela Luna, Mark Christian E. Manuel, John Marvil R. Chua, Eldric Marius A. Sangalang, and Patrick C.“Feasibility Study for Fused Deposition Modeling (FDM) 3D-Printed Propellers for Unmanned Aerial Vehicles”, International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, Vol. 9, no. 4, 2020.##
Moita, N.S. and Marta, A.C. “Optimization of the Propeller-driven Propulsion System for a Small UAV”,Proc. Int. Conf. Engineering Optimization. 2018. Lisboa, Portugal,##
Kosari, “Propeller Effects on the Performance of Propeller Engine Light Aircraft”, Iranian Journal of Mechanical Engineering, Vol. 25, no. 5, pp. 22-32, 2017, (In Persian).##
Fage, A. “Experiments with a Family of Airscrews, Including the Effect of Tractor and Pusher Bodies”, Aeronautical Research Committee, H.M. Stationery Office, 1922 (829).##
Macdougall, P. “Short Brothers: The Rochester Years”,Fonthill Media 2019.##
Borst, H.V. “Aerodynamic Design and Analysis of Propellers for Mini-Remotely Piloted Air Vehicles. Volume 1 Open Propellers”,Us ArmyResearch and technology Laboratory, 1978, BORST (Henry V) And Associates Wayne Pa.##
MacNeill, R. and D. Verstraete, “Blade Element Momentum Theory Extended to Model Low Reynolds number Propeller Performance”, The Aeronautical Journal, Vol. 121, no. 1240, pp. 835-857, 2017.##
Mahmodi, S., M.H. Djavareshkian, and M.S. Tavakoli, “Numerical and Experimental Investigation of Aerodynamic of Quadrotor Blades in low Reynolds”, Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, Vol. 27, no. 1, pp. 135-152, 2016.##
Rutkay, B. and J. Laliberté, “Design and Manufacture of Propellers for Small Unmanned Aerial Vehicles”, Journal of Unmanned Vehicle Systems, Vol. 4, no. 4, pp. 228-245, 2016.##
Miller, M. F.“Wind-tunnel Vibration Tests of a Four-blade Single Rotating Pusher Propeller”,Langley Aeronautical Laboratory National Advisory Committee for Aeronautics. Langley Aeronautical Lab, 1943.##
Schnurbusch, A.W. “Aerodynamic Characteristics of a 1/8-scale Powered Model of a High-speed Bomber with a Dual Pusher Propeller Aft of the Empennage”,Ames Aeronautical Laboratory (U.S.) National Advisory Committee for Aeronautics. Ames Aeronautical Lab, 1945.##
Hitchens, F. “Propeller Aerodynamics: the history, Aerodynamics &Operation of Aircraft Propellers”, Andrews UK Limited, 2015.##
Lv, D. Ragni, T. Hartuc, L. Veldhuis and A. G. Rao, “Experimental Investigation of the Flow Mechanisms Associated with a Wake-Ingesting Propulsor”, AIAA Journal, Vol. 55, no. 4, pp. 1332-1342, 2017.##
Donald F. Elger, Barbara A. LeBret, Clayton T., “Engineering Fluid Mechanics”, John Wiley & Sons, 2020.##
Hansen, J.R., “The Wind and Beyond: A Documentary Journey Into the History of Aerodynamics in America: Reinventing the Airplane.National Aeronautics and Space Administration, 2009: Government Printing Office.##
Glauert, H., “Airplane Propellers, in Aerodynamic theory”, Springer. pp. 169-360, 1935.##
Zou, D., Zhang J.,Liu G., Na Ta, Rao Z.“Study on Characteristics of Propeller Exciting Force Induced by Axial Vibration of propulsion shafting: Theoretical analysis”, Ocean Engineering, Vol. 202, p. 106942, 2020.##
Garner, W. “Model Airplane Propellers. Air-Propeller research document, W. B. Garner08 Verizon. net, 2009.##
Pendley, Robert E.; Milillo, Joseph R.; Fleming, Frank F. & Bryan, Carroll R., “An experimental Study of Five Annular Air Inlet Configurations at Subsonic and Transonic Speeds”,UNT Libraries Government Documents Department, 1953.##
Mark A. Miller, Janik Kiefer, Carsten Westergaard, Martin O. L. Hansen, and Marcus Hultmark, “Horizontal Axis Wind Turbine Testing at High Reynolds numbers”, Physical Review Fluids, Vol. 4, no. 11, p. 110504, 2019.##
Re, R.J., “An investigation of Several NACA 1-Series Inlets at Mach numbers from 0.4 to 1.29 for mass flow ratios near 1.0.”, 1975.##
Versteeg, H. and W. Malalasekera, “An Introduction to ComputationalFluid Dynamics: The finite volume method”,Pearson Education Limited, Edinburgh Gate, Harlow, 2007.##
Biermann, D. and E.P. Hartman, “Tests of Five Full-Scale Propellers in the Presence of a Radial and a Liquid-Cooled Engine Nacelle, Including Tests of Two Spinners”,Langley memorial aeronautical laboratory, 1938.##
Taguchi, G. and R. Jugulum, “The Mahalanobis-Taguchi strategy: A pattern technology system”, John Wiley & Sons, 2002.##
اسماعیلی, علی, باقری, امیر, & جباری, حسین. (1400). بررسی عددی و بهینه‌سازی اسپینر ملخ هواپیمای هول‌دهنده در پهپادها. مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 9(2), 159-175.
MLA
علی اسماعیلی; امیر باقری; حسین جباری. "بررسی عددی و بهینه‌سازی اسپینر ملخ هواپیمای هول‌دهنده در پهپادها". مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 9, 2, 1400, 159-175.
HARVARD
اسماعیلی, علی, باقری, امیر, جباری, حسین. (1400). 'بررسی عددی و بهینه‌سازی اسپینر ملخ هواپیمای هول‌دهنده در پهپادها', مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 9(2), pp. 159-175.
VANCOUVER
اسماعیلی, علی, باقری, امیر, جباری, حسین. بررسی عددی و بهینه‌سازی اسپینر ملخ هواپیمای هول‌دهنده در پهپادها. مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 1400; 9(2): 159-175.
)
