شبیه‌سازی جریان آشفته تراکم پذیر حول سطوح متحرک بال یک هواپیمای تجاری سنگین پهن پیکر در فازهای مختلف پرواز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد،گروه مهندسی مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران

2 دانشیار،گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران

چکیده

در این مقاله، شبیه‌سازی CFD آیرودینامیکی جریان آشفته تراکم پذیر حول سطوح کنترل متحرک برآزای بال هواپیمای تجاری سنگین پهن پیکر در فازهای مختلف پرواز با مدل آشفتگی Spalart-Allmaras تک معادله‌ای چگالی مبنا برای استخراج ضرایب آیرودینامیکی برآ، پسا و فشار انجام شده‌است. مدل‌سازی بال هواپیمای ایرباس A380 در ابعاد واقعی بر اساس ایرفویل فوق بحرانی SC(2)-0610 با استفاده از نرم‌افزار طراحی سه‌بعدی SolidWorks برای تولید هندسه‌های دوبعدی و سه‌بعدی انجام شده‌است. تولید مش دوبعدی و سه‌بعدی بی‌سازمان در نرم‌افزار ANSYS Workbench با توجه به هندسه‌های مختلف ایرفویل/بال با سطوح کنترل انجام شده و سپس شبیه‌سازی CFD رژیم جریان آشفته تراکم پذیر زیر صوت برای بال در حالت دوبعدی و سه‌بعدی با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent انجام شده‌است. بررسی استقلال از شبکه مش و اعتبارسنجی مدل و مقایسه نتایج به‌دست آمده برای بال سه‌بعدی انجام شده‌است. تاثیر پیکربندی‌های مختلف سطوح برآزای اسلت و فلپ بال در لبه حمله و فرار ایرفویل/بال در زوایای حمله مختلف تا قبل از واماندگی بال بر اساس فازهای مختلف پروازی (برخاستن، کروز و نشستن) بر روی ضرایب آیرودینامیکی در رژیم جریان آشفته دوبعدی/سه‌بعدی مورد بررسی قرار گرفته‌است. تحلیل نتایج به‌دست آمده برای نمودارهای تغییرات ضرایب آیرودینامیکی برحسب زاویه‌های حمله مختلف و ارائه کانتورهای فشار، سرعت، عدد ماخ جریان و خطوط جریان بر روی ایرفویل (بال دوبعدی) و بال سه‌بعدی ارائه شده‌است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation of turbulent flow around high lift devices of a heavy commercial wide body aircraft in different phases of flight

نویسندگان [English]

  • Siavash Eftekharian fard 1
  • Alireza Davari 2
  • Ahmad Mamandi 3
1 Master's degree,،Department of Mechanical Engineering, Parand Branch, Islamic Azad University, Parand, Iran
2 Associate Professor, Department of Aerospace Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Associate Professor-Department of Mechanical Engineering, Parand Branch, Islamic Azad University, Parand, Iran
چکیده [English]

In this paper, CFD aerodynamic simulation of turbulent compressible fluid flow around high lifting control surfaces of a wide body heavy commercial aircraft in different flight phases using Spalart-Allmaras single equation density based to extract of the lift, drag and mean pressure aerodynamic coefficients have been carried out. Modelling of the wing of Airbus A380 in the actual dimensions based on super critical airfoil SC(2)-0610 using 3D design software SolidWorks to generate 2D and 3D geometries has been done. The unstructured mesh in 2D and 3D according to the different configurations of 2D airfoil/3D wing control surfaces has been done using ANSYS Workbench meshing tools and then the CFD modelling for a turbulent compressible subsonic air flow regime in 2D and 3D using ANSYS Fluent is done. Mesh independence study, model validation and comparison of the results for the 3D wing are done. The effects of changes of different configuration of slat and flap lifting devices in the leading and trailing edges and for different angels of attack before stall of the wing according to different flight phases (take off, cruise and landing phases) on the aerodynamic coefficients in the 2D/3D turbulent flow regime have been investigated. Contours for pressure, velocity, Mach number distribution and velocity vectors around the A380 airfoil and wing control surfaces have been presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turbulent compressible flow regime
  • Lifting control surfaces of the wing
  • CFD analysis
  • Flight phases
  • Heavy commercial aircraft

Smiley face

مراجع

  1. Wedrapson, J.V., Valarezo, W.O., Dominik C.J., and McGhee R.J. “Reynolds and Mach Number Effects on Multi-Element Airfoils of A320”, Proceedings of the Fifth Numerical and Physical Aspects of Aerodynamic Flows, California State University, 1992.
  2. Meyson, A., Jung, J., Yoon, H.S., Chun, H.H., Hung, P.A., and Elsamni, O.A. “Mean Flow Characteristics of Two-Dimensional Wings in Ground Effect”, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol. 4, pp. 151-161, 2011.
  3. Shreyas N., Pomeroy, B.W., and Selig, M.S. “CFD Analysis of Multielement Airfoils for Wind Turbines”, 30th AIAA Applied Aerodynamics Conference, New Orleans, Louisiana, 25-28 June 2012, USA, paper No. 2012-2781, pp. 1-18, 2012.
  4. Murayama, M., Yokokawa, Y., and Yamamoto, K. “CFD Validation Study for a High-Lift Configuration of a Civil Aircraft Model”, 25th AIAA Applied Aerodynamics Conference, Miami, Florida, USA, 2007.
  5. Soufiane, E., El Maani, R., Radi, B., and Limii, F.S.T. “Probabilistic Study of the Aerodynamic Around a 3D Wing”, Advances in Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 11, No. 1, pp.
    49-59, 2018.
  6. Yang, W. and Zha, G. “Study of 3D Co-Flow Jet Wing Induced Drag and Power Consumption At Cruise Conditions”, AIAA Scitech 2019 Forum, p. 0034, 2019.
  7. Knut, N., Holdahl, R., Kvamsdal, T., Kvarving, A.M., and Rasheed, A. “Simulation of Airflow Past A 2D NACA0015 Airfoil Using an Isogeometric Incompressible Navier–Stokes Solver with the Spalart–Allmaras Turbulence Model”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 290, pp.
    183-208, 2015.
  8. Rui, V., Morgado, J., Pascoa, J., and Silvestre, M. “Analysis of Transitional Flow in 3D Geometries Using a Novel Phenomenological Model”, Aerospace Science and Technology, Vol. 45, pp. 431-441, 2015.
  9. Mitsuhiro, M., Yamamoto, K., and Tanaka, K. “CFD Comparison Study for Trapezoidal High-Lift Wing Configurations by Structured and Unstructured Mesh Method”, I49th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, paper 937, 2011.
  10. Mitsuhiro, M. and Yamamoto, K. “Comparison Study of Drag Prediction by Structured and Unstructured Mesh Method”, Journal of Aircraft, Vol. 45, No. 3, pp. 799-822, 2008.
  11. Wirachman, W., Mohd Nasir, R.E., Kuntjoro, W., and Ihsan Mamat, A.M. “Wind Tunnel Experiments and CFD Analysis of Blended Wing Body (BWB) Unmanned Aerial Vehicle (UAV) at Mach 0.1 and Mach 0.3”, International Conference on Aerospace Sciences and Aviation Technology, Vol. 13, Aerospace Sciences & Aviation Technology, ASAT-13, The Military Technical College, pp. 1-15, 2009.
  12. Olason, M.L. and Norton, D.A. “Aerodynamic Design Philosophy of the Boeing 737”, Journal of Aircraft, Vol. 3, No. 6, pp. 524-528, 1966.
  13. Harris, C.D. “Two-Dimentional Aerodynamic Chatarcterstics of the NACA 0012 Airfoil in the Langley 8-Foot Transonic Pressure Tunnel”, NASA Technical report, April 1981.
  14. Smith, A.M.O. “High-Lift Aerodynamics”, Journal of Aircraft, Vol. 12, No. 6, pp. 501-530, 1975.
  15. Valarezo, W.O., Dominik, C.J., McGhee. R.J., Goodman, W.L., and Paschal, K.B. “Multi-Element Airfoil Optimization for Maximum Lift at High Reynolds Numbers”, AIAA paper 91-3332, 1991.
  16. Chin, V.D., Peters D.W., Spaid, F.W., and McGhee. R.J. “Flow Field Measurements About a Multi-Element Airfoil at High Reynolds Numbers”, AIAA paper 93-3137, 1993.
  17. Nakayama, A., Kreplin, H.P., and Morgan, H.L. “Experimental Investigation of Flow Field About a Multi-Element Airfoil”, AIAA Journal, Vol. 26, pp. 14-21, 2007.
  18. Yan Dam, C.P “The Aerodynamic Design of Multi-Element High-Lift Systems for Transport Airplanes”, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 38, pp. 101-144, 2008.
  19. Abramowski, T. “Numerical Investigation of Airfoil in Ground Proximity”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, Vol. 45, pp. 425-436, 2007.
  20. Rozhdestvensky, K.V. “Wing in Ground Effect Vehicles”, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 42, pp. 211-283, 2006.
  21. Olson, E.D. “Three-Dimensional Modeling of Aircraft High-Lift Components with Vehicle Sketch Pad”, AIAA-NASA Langley Research Center, Hampton, USA, VA 23681, 2007.
  22. Justin, S., Henry, G., and James S. “The Validation of an Airfoil in the Ground Effect Regime Using 2-D CFD Analysis”, 26th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2008.
  23. Jung, K., Chun, H., and Kim, H. “Experimental Investigation of Wing in Ground Effect with a NACA6409 Section”, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 13, pp. 317-327, 2008.
  24. Molina, J. and Zhang, X. “Aerodynamics of a Heaving Airfoil in Ground Effect”, AIAA Journal, Vol. 49, pp. 1168-1179, 2011.
  25. Murayama, M., Yamamoto, K., and Kobayashi, K. “Validation of Flows on High-Lift Configurations by Structured and Unstructured Mesh Method”, 43rd AIAA Aerospace Sciences and Meeting and Exhibit, 10-13 January 2005, Reno, Nevada, USA, paper No. AIAA 2005-1226, 2005.
  26. Abbott, I.H. and von Doenhoff, A.E. “Theory of Wing Sections: Including a Summary of Airfoil Data”, Dover Publcations Inc., New York, USA, 1960.
  27. Andersson, B., Andersson, R., Hakansoon, L., Mortensen, M., Sudiyo, R., and van Wachem, B. “Computational Fluid Dynamics for Engineers”, Cambridge University Press, UK, 2012.
  28. Hoffmann K.A. and Chiang, S.T. “Computational Fluid Dynamics for Engineers”, Engineering Education System, Kansas, USA, 1993.

Anderson,J.D.“Fundamentalsof Aerodynamics”, 6thedition, McGraw-Hill, New York,USA,2011.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری: 07 آذر 1400
  • تاریخ پذیرش: 20 دی 1400
  • تاریخ انتشار: 01 اسفند 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار