بهینه سازی آیرودینامیکی پره های روتور بالگرد با استفاده از مدل تلفیقی دنباله آزاد-cfd و روش معادلات الحاقی

موضوع این رساله بهینه سازی آیرودینامیکی پره های روتور می باشد که از طریق حل معادلات جریان و معادلات بهینه سازی و با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی صورت می گیرد. بهره گیری از تکنیکهای cfd تحلیل کامل میدان جریان روتور بالگرد را میسر می سازد اما این مستلزم تسخیر کامل سیستم گردابی روتور است که به معنای ریز کردن شبکه در این نواحی و یا استفاده از روش های شبکه تطبیقی است. به ویژه در حالت پرواز روبه جلو، ماهیت پریودیک میدان روتور نیز از بین می رود و معادلات اویلر یا ناویر استوکس باید در حالت غیر دائم حل گردند و تمامی این موارد منجر به افزایش پیچیدگی و هزینه های محاسباتی خواهد شد. این تحقیق تنها به پرواز ایستای روتور اختصاص دارد که از نظر میزان توان مصرفی در درجه اول قرار دارد و در نتیجه، کاستن از میزان توان مصرفی روتور در این فاز پروازی از اهمیت بالایی برخوردار است. بهینه سازی آیرودینامیکی هندسه روتور بالگرد در شرایط پرواز ایستا بر اساس روش الحاقی و با استفاده از یک حلگر(سالور) سه بعدی تحلیل میدان روتور و یک حلگر بهینه سازی صورت گرفته است. اساس کار حلگر تحلیل میدان مبتنی بر روش تلفیقی دنباله آزاد-cfd است که منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های محاسباتی می گردد. در این حلگر شبیه سازی میدان جریان به وسیله حل معادلات اویلر در شرایط تراکم پذیر و بر روی شبکه ای حول یکی از پره ها صورت می گیرد. حلگر بهینه سازی نیز بر اساس روش الحاقی جیمسون تدوین شده است. همچنین به منظور کاهش مدت پردازش رایانه ای و در نتیجه کاهش هزینه های محاسباتی، از راه حل سطح نفوذی بهره گرفته شده است که در تلفیق با روش های cfd امکان تحلیل میدان جریان حول پره های روتور را در جریان صوتی فراهم کرده است.نتایج نشان می دهند که حلگرتلفیقی دنباله آزاد- cfd قادر به برآورد توزیع فشار حول پره روتور با دقت مناسب بوده و قادر به تعیین مکان امواج ضربه ای در ناحیه نوک پره ها می باشد. در این رساله از روش الحاقی سه بعدی تدوین شده در بهینه سازی سطح پره روتور با هدف توان القایی کمینه نیز بهره گرفته شد. بهینه سازی آیرودینامیکی شکل پره های روتور با استفاده از مدل تلفیقی مذکور و مبتنی بر راه حل آیرودینامیکی سطح نفوذی به عنوان شرط مرزی، برای نخستین بار در این رساله صورت می گیرد و روش جدیدی در این زمینه محسوب می شود. محاسبات جریان در کسری از ساعت و محاسبات بهینه سازی در مدت زمانی نچندان زیاد قابل انجام می باشد و این دستاورد قابل توجهی از نظر پایین بودن مدت زمان و هزینه محاسبات است که از اهداف اصلی این تحقیق نیز می باشد. همچنین طراحی ایرفویل هایی با ضریب ممان پیچ ثابت و یا حداقل و پسای موجی کمینه برای نخستین مرتبه و با استفاده از روش معادلات الحاقی در این رساله صورت انجام شده است.