شبیه‌سازی عددی و بررسی تأثیرات مولد گردابه بر ضرایب آیرودینامیکی روتور اصلی بالگرد در پرواز ایستا

فرج الهی, امیرحمزه; نیاورانی, بیژن; رستمی, محسن; نادری, علی اصغر; باقرپور, فرید

شبیه‌سازی عددی و بررسی تأثیرات مولد گردابه بر ضرایب آیرودینامیکی روتور اصلی بالگرد در پرواز ایستا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، دانشگاه امام علی (ع) ، تهران ، ایران

² دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

³ استادیار، دانشگاه امام علی ، تهران ، ایران

⁴ دانشجوی دکتری، دانشگاه امام علی(ع) ، تهران ، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر، اثرات مولدهای گردابه بر نیروهای آیرودینامیکی روی روتور اصلی بالگرد در پرواز ایستا بررسی شده است. گردابه‌های اطراف پره‌های بالگرد تأثیر بسزایی بر نویز و نیروهای آیرودینامیکی دارند. استفاده از مولدهای گردابه یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان جداشده و گردابه‌ای اطراف روتور بالگرد است. در این تحقیق مولدهای گردابه دارای چهار چیدمان مختلف می‌باشند. برای شبیه‌سازی جریان سه‌بعدی اطراف روتور اصلی هلیکوپتر از نرم‌افزار فلوئنت استفاده شده است. شبکه‌های مورد استفاده به صورت شبکه‌ بی‌سازمان می‌باشند. اعتبار سنجی با نتایج تجربی کاردونا و تانگ انجام شده است، به همین منظور از ایرفویل ناکا 0012 و زاویه حمله‌ °8 برای پره‌های روتور اصلی بالگرد استفاده شده است. در این مطالعه نتایج حاصل نشان می‌دهند که استفاده از مولدهای گردابه باعث کاهش قدرت گردابه و اندازه‌ی ابعاد گردابه‌های عرضی می‌شود همچنین این بررسی‌ها نشان می‌دهد که ضریب پیشران و ضریب گشتاور پره‌های بالگرد نسبت به حالت بدون مولد گردابه به ترتیب افزایش و کاهش داشته است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23223278.1400.10.2.4.1

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation and Investigation of the Effects of Vortex Generator on Aerodynamic Coefficients of the Main Helicopter Rotor in Hover

نویسندگان [English]

amirhamzeh farajollahi ¹
bijan niavarani ²
Mohsen Rostami ³
ali asghar naderi ³
farid bagherpour ⁴

¹ Assistant Professor, Imam Ali University, Tehran, Iran

² Master's student, University of Science and Technology, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Imam Ali University, Tehran, Iran

⁴ PhD student, Imam Ali University, Tehran, Iran

چکیده [English]

In present study, the effect of vortex generators on the aerodynamic forces of a helicopter's main rotor in hover is investigated. Vortices around blades have a significant effect on noise and aerodynamic forces. Using vortex generators is an appropriate method for decreasing the influence of flow separation and vortex around a rotor. In this study, vortex generators include four different arrangements. The numerical simulation procedure of main rotors of the helicopter blades is done by using Fluent software. The mesh grid is used in the form of unstructured. A validation with Cardona and Tang results is done. For this reason, NACA 0012 airfoil and an attack angle of 8° are used for the blades of the main rotor. It can be revealed from the results that using vortex generators, a decrease in vortex power and dimensions of transverse vortices has occurred. Also, the results show that the thrust coefficient and torque coefficient of the helicopter blades compared to the non-vortex generators mode has increased and decreased, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

Vortex generator
Numerical simulation
Aerodynamic coefficients
Hover

مراجع

Conlisk, A.T. “Modern Helicopter Aerodynamics”, Prog. Aerosp. Sci., Vol. 35, No. 5, pp. 419–476, 2001.
Goldstein, S. “On the Vortex Theory of Screw Propellers”, Proc. R. Soc. London, Vol. 123, No. 792, pp. 440–465, 1929.
Farajollahi, A.H. “Experimental Investigation of the Effects of Arrangement of Vortex Generators on Behavior of a Vortical Flow around an Axisymmetric Body”, Fluid Mechanics & Aerodynamics Journal, Vol. 8, pp. 55-65, 2019 (In Persian).
Dehghan Manshadi, M., Hejranfar, K., and Farajollahi, A.H. “Effect of Vortex Generators on Hydrodynamic Behavior of an Underwater Axisymmetric Hull at High Angles of Attack“, Journal of Visualization, Vol. 20, pp. 559-579, 2017.
Dehghan Manshadi, M., Hejranfar, K., and Farajollahi, A.H.“Numerical and Experimental Investigation of Effect of Vortex Generators on Flow Over Suboff Bare Hull Model“, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, pp. 81-90, 2015 (In Persian).
Farajollahi A.H., Dehghan Manshadi M., and Hejranfar K. “Numerical Investigation of Effect of Arrangement of Generators on Flow over a Suboff Submrine Model”, Marine-Engineering,; Vol. 14, No. 28, pp. 21-29, 2019 (In Persian).
Doerffer, P., Barakos, G.N., and Luczak, M.M. “Recent Progress In Flow Control for Practical Flows: Results of the STADYWICO and IMESCON Projects”, Springer, 2017.
Taylor, H.D. “The Elimination of Diffuser Separation by Vortex Generators”, United Aircr. Corp. Rep., No. R-4012-3, 1947.
Schubauer, G.B. and Spangenberg, W.G. “Forced Mixing in Boundary Layers”, J. Fluid Mech., Vol. 8, No. 1, pp. 10–32, 1960.
Bragg, M.B. and Gregorek, G.M. “Experimental Study of Airfoil Performance with Vortex Generators”, J. Aircr., Vol. 24, No. 5, pp. 305–309, 1987.
Brown, A.C., Franz Nawrocki, H., and Paley, P. N. “Subsonic Diffusers Designed Integrally with Vortex Generators”, J. Aircr., Vol. 5, No. 3, pp. 221–229, 1968.
Krzysiak, A. “Helicopter Retreating Blade Stall Control Using Self-Supplying Air Jet Vortex”, 28th Int. Congr. Aeronaut. Sci. Brisbane, 2012.
Gustavsson, T. “Alternative Approaches to Rear End Drag Reduction”, KTH Tech. Rep. TRITA-AVE, Dep. Aeronaut. Veh. Eng. R. Inst. TechNol. Stockholm., 2006.
Gustavsson, T. and Melin, T. “Application of Vortex Generators to a Blunt Body”, KTH Tech. Rep. TRITA-AVE , Dep. Aeronaut. Veh. Eng. R. Inst. TechNol. Stockholm., 2006.
Xue, S., Johnson, B., Chao, D., Sareen, A., and Westergaard, C. “Advanced Aerodynamic Modeling of Vortex Generators for Wind Turbine Applications”, Eur. Wind Energy Conf. (EWEC), Warsaw, Poland, 2010.
Le Pape, A., Costes, M., Richez, F., Joubert, G., David, F., and Deluc, J. M. “Dynamic Stall Control Using Deployable Leading-Edge Vortex Generators”, AIAA J., Vol. 50, No. 10, pp. 2135–2145, 2012.
Mai, H., Dietz, G., Geißler, W., Richter, K., Bosbach, J., Richard, H., and Groo, K. De. “Dynamic Stall Control by Leading Edge Vortex Generators”, J. Am. Helicopter Soc. Vol. 53, pp. 26-36, 2006.
Chima, R.V. “Computational Modeling of Vortex Generators for Turbomachinery”, ASME Turbo Expo, Amsterdam, Netherlands, 2002.
Ortmanns, J., Pixberg, C., and Gümmer, V. “Numerical Investigation of Vortex Generators to Reduce Cross-Passage Flow PheNomena in Compressor Stator End-Walls”, J. Power Energy, Vol. 225, No. 7, pp. 877–885, 2011.
Gibertini, G., Boniface, J.C., ZaNotti, A., Droandi, G., Auteri, F., Gaveriaux, R., and Le Pape, A. “Helicopter Drag Reduction by Vortex Generators”, Aerosp. Sci. TechNol., Vol. 47, pp. 324–339, 2015.
Jafari, M.M., Abdizade, G., and Ahmadvand, H. “Turbulence Modeling of Dynamic Fatigue of An Oscillating Airfoil by Examining the Structure of Vortices Around the Body and the Intensity of Turbulence”, 15th Int. Conf. Iran. Aerosp. Soc., 2016. (In Persian)
Caradonna, F.X. and Tung, C. “Experimental and Analytical Studies of a Model Helicopter Rotor in Hover”, NASA Tech. Memo., 1981.
Tejero, F.E., Doerffer, P., Flaszyński, P., and Szulc, O. “Numerical Investigation of ROD Vortex Generators on Hovering Helicopter Rotor Blades”, 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD VI), 2014.
Tejero, F.E., Doerffer, P., and Szulc, O. “Application of a Passive Flow Control Device on Helicopter Rotor Blades”, Journal of the American Helicopter Society, Vol. 61, p. 012001, 2016.