بررسی عددی اثرات آیرودینامیکی میزان خمیدگی بالک‌های خمیده مقابل هم و مقایسه آن‌ها با بالک‌های تخت در جریان مافوق‌صوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه فردوسی، مشهد،مشهد، ایران

2 استاد، دانشگاه فردوسی، مشهد،مشهد، ایران

3 استادیار، دانشگاه فردوسی، مشهد،مشهد، ایران

چکیده

بالک‌های خمیده به دلیل امکان قرارگیری در درون لوله مزیت مهمی برای پرتابه‌های دارای این نوع بالک در جانمایی و حمل‌ونقل آن‌ها ایجاد می‌کنند. بالک‌های خمیده متداول ویژگی‌های آیرودینامیکی منحصربه‌فردی مانند تغییر در اندازه و جهت غلتش با افزایش عدد ماخ را دارا هستند. بالک‌های خمیده مقابل هم ویژگی‌های آیرودینامیکی نابجا و غیرخطی این بالک‌ها را حذف کرده و زمینه را برای هدایت پرتابه‌های دارای بالک‌های خمیده فراهم می‌کند. در این تحقیق اثر میزان انحنا یا خمیدگی بالک‌های خمیده مقابل هم بر عملکرد آیرودینامیکی پرتابه، مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی با استفاده از شبیه‌سازی عددی انجام شده و نتایج با مقادیر تونل باد مقایسه گردید که از دقت خوبی برخوردار است. شبیه‌سازی در عدد ماخ 5/1 و زوایای حمله 0 و 5 درجه با فرض جریان تراکم‌پذیر لزج انجام شده است و فیزیک جریان در اطراف بالک‌ها مورد مداقه قرار گرفته است. نتایج نشان داد افزایش انحنای بالک‌ها ضریب برآ و پسا را به میزان 7 درصد و گشتاور پیچشی را تا 20 درصد افزایش می‌دهد. همچنین افزایش انحنا، جدایش جریان در محل اتصال لبه حمله بالک به بدنه را حذف می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the aerodynamics effects of fins curvature of opposite wrap-around fins and comparison with flat fins in supersonic flow

نویسندگان [English]

  • Amir Bagheri 1
  • Mahmoud Pasandide Fard 2
  • Ali Esmaeili 3
1 PhD student Ferdowsi University, Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor, Ferdowsi University, Mashhad, Mashhad, Iran
3 Assistant Professor, University Ferdowsi, Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Conventional Wrap-Around Fins (WAF) have unique aerodynamic characteristics, such as changing the roll moment direction with increasing Mach number and the nonlinearity of the aerodynamic coefficients. The placement of Wrap-Around Fins against each other eliminates their aberrant and non-linear aerodynamic characteristics and provides the condition with a less complicated guidance system. In this research, the effects of curvature of Opposite Wrap-Around Fins (OWAF) on the aerodynamic performance of the projectile has been investigated. This investigation has been done numerically, and the results were compared with the wind-tunnel accessible test data, which have good accuracy. The simulation has been carried out at a Mach number of 1.5 and an angle of attack of  0 and 5 degrees, assuming a turbulent compressible flow; the physics of the flow around the fins has been investigated. The results showed that increasing fins curvature increases lift and drag coefficients by 7% and pitch moment up to 20%. Also, the fin curvature eliminate flow separation in junction of fin leading edge and body.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Opposite Wrap-Around Fin (OWAF)
  • fin curvature
  • lift and drag coefficients
  • pitch moment

Smiley face

مراجع

  1. Porzio, A. J., and Franke M. E. "Experimental study of a confined jet thrust vector control nozzle" J PROPUL POWER Vol. 5, No.5, pp. 596-601,1989.
  2. Mahmoudi, M., Shadravan, M., and  Kashani, M. "Introducing Methods of Thrust Vector Control (TVC) System in Supersonic Aircraft", JTAE, 2019, (in Persian(.
  3. Tavakoli Sabour, S. A., and Hadi doolabi, M. "Experimental Investigations of Dual Side Jets into Subsonic and Supersonic Cross-flow on The Standard Model", Tabriz Mech Eng J, 2018, (in persian).
  4. Bagheri, , Mohammad Khani, H., and Barezban, M. "Numerical investigation of the aerodynamic effects of hot lateral jet in supersonic flow in PAC-3 missile", 16th Int Conf Iranian Aero Ass, 2016, (in persian).
  5. Pasandideh-Fard, M., and Khalghani, A. "Aerodynamic Shape Optimization of Supersonic Projectile Fins", Fluid Mech Aero J, Vol. 1, No. 1, pp. 73-87, 2012, (in persian).
  6. Arezoomand, B., Parhizgar, H. and Tarabi, A. " The Effect of the Geometric Parameters of the Fin on Aerodynamic Performance of Missile. " Fluid Mech Aero J, Vol. 9, no. 1, pp. 1-15, 2020, (in persian).
  7. Dahlke, C.W. "The Aerodynamic Characteristics of Wrap-around Fins at Mach Numbers of 0.3 to 3.0", Army Missile Research Development and Engineering Lab, Redstone Arsenal AL Aeroballistics Directorate, No. RD-77-4, 1976.
  8. Winchenbach, G.L., Buff, R.S., Whyte, R.H. and Hathaway, W.H. "Subsonic and transonic aerodynamics of a wraparound fin configuration", J GUID CONTROL DYNAM, Vol. 9, No. 6, pp. 627-632, 1986.
  9. Abate, G., and Cook, T. "Analysis of missile configurations with wrap-around fins using computational fluid dynamics", Flight Simulation and Technologies, 1993.
  10. Swenson, M., Abate, G. and Whyte, R. "Aerodynamic test and analysis of wrap-around fins at supersonic Mach numbers utilizing design of experiments", 32nd Aero Sci Meet and Exh. 1994.
  11. Tilmann, C.P., Buter, T.A. and Bowersox, R.D.W. "Characterization of the flowfield near a wrap-around fin at Mach 2.8" J AIRCRAFT, Vol. 35, NO. 6, pp. 868-875, 1998.
  12. Soltani, M. R., Fazeli, H., Farhanieh, B., and Davari, A. R."An Experimental Study of the Aerodynamic Behavior of the Two Wrap Around Fin Missiles", Advanced materials in engineering (Esteghlal), Vol. 22, 2002, (in persian(.
  13. Fazeli, H., Farhanieh, B., and Azimi, A. "Computation of three-dimensional supersonic turbulent flows over wrap-around fin projectiles using personal computers", SCI IRAN, pp. 217-228, 2005.
  14. Mao, X., Yang, S. and Xu, Y. "Coning motion stability of wrap around fin rockets" SCI CHINA SER E, 50, pp. 343-350, 2007.
  15. Krishna, R., Surit, R., Kushari, A. and Ghosh, A.K. "Anomalies in the Flow over Projectile with Wrap-around Fins", DEFENCE SCI J, Vol. 59, No. 5, pp. 471-484, 2009.
  16. Liu, X., Tang, S.J. and Guo, J. "Comparison of the Wrap-Around Fins and the Planar Fins in Aerodynamic Parameter", APPL MECH MATER, Vol. 444, pp. 347-351, 2014.
  17. Umar, M. and Mian, H.H. "Numerical investigation of aberrant aerodynamic behavior of wrap-around fins in collation with planar fins", 12th Int. Bhurban Conf. on App Sci Tech (IBCAST). IEEE, 2015.
  18. Afzal, S., Baig, A. and Rafique, M. "Aerodynamics of projectiles with wrapped around and grid fins", Proceedings of 10th Int. Bhurban Con. on App. Sci.s & Tec. (IBCAST). IEEE, 2013.
  19. Zhang, G.Q., Yu, S.C. and Schlüter, J. "Aerodynamic characteristics of a wrap-around fin rocket" AIRCR ENG AEROSP TEC, Vol. 88, No.1, pp. 82-96, 2016.
  20. Zhang, G.Q., Ji, L.C., Xu, Y. and Schlüter, J. "Parametric study of different fins for a rocket at supersonic flow", P I MECH ENG C-J MEC, 2015.
  21. Dahalan, M.N., Suni, A.F., Ishak, I.S., Mohd, N.A.R.N. and Mat, S. "Aerodynamic study of air flow over a curved fin rocket", J. Adv. Res. Fluid Mech, Vol. 40, No. 1, pp. 46-58, 2017.
  22. Sharma, N., Saini, P., Chaudhary, H. and Nagi, G. "Comparison of Flow field in the proximity of A Single Planar & Wrap-around Fin", Int. J. Aviat. Aeronaut. Aerosp., Vol. 6, No. 4, pp. 11, 2019.
  23. Sharma, N. and Kumar, R. "The simulation of single wraparound fin on a semi-cylindrical missile body", AIRCR ENG AEROSP TEC, 2020.
  24. Madhulaalasa, K., Shishir, P., Prasad, P.V.S., Mohanta, P.K. and Sapkale, S. "Effect of the Leading-Edge Sweep on Wrap-Around Fins", INCAS Bull., Vol. 14, No. 1, pp. 69-78, 2022.
  25. Thomson, K. D. "Wind tunnel tests on a tube-launched missile configuration with a deflectable nose control and a novel wrap-around fin stabilizer", Weapons Systems Research Lab Adelaide, Australia, No. WSRL-0327-TR., 1983.
  26. Allen, J. M., and Watson, C. B. "Experimental study at low supersonic speeds of a missile concept having opposing wraparound tails", National Aeronautics and Space Administration Langley Research Center, Hampton, 1994.
  27. Bagheri, A., Pasandidehfard, M. and Tavakoli Sabour, S.A. "Numerical investigation of aerodynamic effects of opposite wrap-around fins at supersonic speeds", P I MECH ENG C-J MEC, Vol. 233, No. 7, pp. 2410-2425, 2019.
  28. Fournier, R. H. "Supersonic aerodynamic characteristics of a series of wrap-around-fin missile configurations", No. L-11153. 1977.
مکانیک سیالات و آیرودینامیک
دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 31
بهار و تابستان 1402
شهریور 1402
صفحه 27-37

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 27 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 31 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 14 مرداد 1402
  • تاریخ انتشار: 03 شهریور 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار