تجزیه و تحلیل آیرودینامیکی سیستم‌های کاهش سرعت محموله به کمک چترها با استفاده از شبیه‌سازی سه بعدی

سلیمی, محمدرضا; فرج الهی, امیر حمزه; محسنی کفشگر کلائی, امیر حسین; رستمی, محسن

تجزیه و تحلیل آیرودینامیکی سیستم‌های کاهش سرعت محموله به کمک چترها با استفاده از شبیه‌سازی سه بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استاد یار پژوهشگاه هوا فضا، تهران ، ایران

² (استادیار، دانشگاه امام علی (ع)، تهران ، ایران

³ کارشناسی ارشد، پژوهشگاه هوافضا ، تهران ، ایران

⁴ استادیار، دانشگاه امام علی ، تهران ، ایران

چکیده

استفاده از چتر برای بارریزی در مناطق صعب‌العبور در صنایع نظامی و غیر نظامی بسیار حائز اهمیت است. برای این کار، سرعت فرود مطلوب و پایداری مناسب مجموعه چتر و بار از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. یک از ساختارهای پر کاربرد استفاده از یک چتر پایدارساز کوچک در کنار چتر اصلی می‌باشد. با وجود پرکاربرد بودن این ترکیب، تحقیقات اندکی روی عملکرد آن صورت پذیرفته است. در تحقیق حاضر اثرات فاصله بار از مجموعه چتر‌ها به عنوان یک پارامتر پر اهمیت در طراحی سامانه بازیابی در سه بعد و بصورت عددی بررسی می‌شود. در این راستا، ابتدا ابعاد چتر اصلی بر مبنای شرایط وزنی و سرعت فرود محموله مشخص می‌شود. در ادامه اثرات فاصله محموله از چترها برای یک طرح پیشنهادی چتر اصلی و پایدارساز مورد مطالعه قرار می‌گیرد. پنج فاصله 1، 2، 4، 6 و 8 برابر قطر چتر اصلی بین محموله و مجموعه چترها بررسی و مقادیر ضرایب پسا و نیروهای جانبی برای چتر اصلی و پایدارساز گزارش می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23223278.1400.10.2.1.8

عنوان مقاله [English]

Aerodynamic Analysis of Cargo Speed Reduction Parachutes using Numerical simulation

نویسندگان [English]

mohammad reza salimi ¹
Amir Hamzeh Farajolahi ²
Amir Hosein Mohseni Kafshgar Kolahi ³
mohsen rostami ⁴

¹ Assistant Professor, Air and Space Research Institute, Tehran, Iran

² (Assistant Professor, Imam Ali University (AS), Tehran, Iran

³ Master's degree, Aerospace Research Institute, Tehran, Iran

⁴ Assistant Professor, Imam Ali University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Cargo parachutes are commonly used to deliver heavy instruments to areas with difficult access. Perceived, good stability and low descent rate are two essential parameters for a recovery system. According to the above factors, one of the popular cargo chute configurations is a combination of a large chute as the main chute and a smaller one as a stabilizer chute. Since there is few scientific research that has studied on aerodynamic characteristics of this cargo chute configuration, a three-dimensional numerical simulation was performed here to investigate this kind of parachute system. To this end, main chute dimensions were computed based on mission definition (weight and descent rate). In the following, the effects of cargo distance from parachutes are studied for an optimal design of the main and stabilizing parachute. At five intervals of 1, 2, 4, 6, and 8 times the diameter of the main parachute, between the cargo and the main parachute distance, the values of drag coefficients and lateral forces for the main and stabilizing parachute are reported.

کلیدواژه‌ها [English]

Cargo parachutes
Stabilizer Parachute
Forebody Distance
Numerical Simulation

مراجع

Aylor, A.P., Sinclair, R.J., and Allamby, R.D. “Design and Testing of the Kistler Landing System Parachutes”, 15th Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference, Toulouse, France, 1999.
Takizawa, K. and Tezduyar, T.E. “Computational Methods for Parachute Fluid-Structure Interactions”, J. Archives of Computational Methods in Engineering, Vol. 19, pp.125–169, 2012.
Orbiter, S. and Parachute, D. “Space Shuttle Orbiter Drag Parachute Design”, 37th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit Boston, MA, 2001.
Tavan, S. and Slot, R. “Status and Context of High-Altitude Precision Aerial Delivery Systems Request for Proposals”, AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit 21 – 24, August, Keystone, Colorado 2006.
Pratap, M., Agrawal, A.K., Sati, S.C., and Kumar, V. “Forebody Wake Effects on Parachute Performance for Re-entry Space Application”, Defense Science Journal, Vol. 70, No. 3, pp. 223–230, 2020.
Izadi, M.J. and Dawoodian, M. “Cfd Analysis of Drag Coefficient of a Parachute in a Steady and Turbulent Condition in Various Reynolds Numbers”, Fluids Engineering, Vol. 1, No.1 pp. 1–9, 2016.
Laraibi, I., Marz-abadi, F.R., and Eatemadi, F. “Conventional Parachute Experimental and Numerical Investigation of Fabric Permeability on Drag of Conventional Parachute”, Research Gate, Vol. 49, No. 1, pp. 1-4, 2016.
Gao, Z., Charles, R.D., and Li, X. “Numerical Modeling of Flow Through Porous Fabric Surface in Parachute Simulation”, AIAA Journal, Vol. 55, No. 2, pp. 686–690, 2017.
Libii, J.N. “Determination of the Aerodynamic Drag Force on a Parachute”, World Transactions on Engineering and Technology Education, Vol. 6, No. 1, p. 97, 2007.
Day, B.P., Field, M.N., and Gelito, J.P. “An Experimental Investigation of Aerodynamic Drag on a Round Parachute Canopy”, Major Qualifying Project Report, p. 117, 2006.
Mcquilling, M. and Potvin, J. “Forebody Wake Effects on the Aerodynamics of an Annular Parachute”, Vol. 1, No. 1, pp. 1–10, 2012.
Jamison, L.R. “A Method for Calculating Parachute Opening Forces for General Deployment Conditions”, Analysis, Vol. 4, No. 4, pp. 498–502, 1966.
Dawoodian, M., Dadvand, A., and Hassanzadeh, A. “A Numerical and Experimental Study of the Aerodynamics and Stability of a Horizontal Parachute”, ISRN Aerospace Engineering, Vol. 1, No. 1, pp. 1–8, 2013.
Leonov, S.V., Morozov, V.I., and Ponomarev, A.T. “Shape Modeling and Strength Analysis of Parachutes”, Mechanics of Solids, Vol. 46, No. 2, pp. 311–324, 2011.
Gao, X., Zhang, Q., and Tang, Q. “Fluid-Structure Interaction Analysis of Parachute Finite Mass Inflation”, International Journal of Aerospace Engineering, Vol. 1, No. 1, 8 pages, 2016.
Knacke, T.W. “Parachute Recovery Systems Design Manual”, AIAA, Calgary, Canada, 1991.