شبیه سازی اثر محرک پلاسمایی و نوسان بر کنترل آیرودینامیکی ایرفویل

هنگامی که یک بال هواپیما در مسیر جریان هوا قرار می گیرد به دلیل اثرات سطحی، لایه مرزی ای در نزدیکی سطوح آن ایجاد می شود که در زوایای حمله بالا نقش بسزایی دارد. پدیده لایه مرزی بر عملکرد ایرفویل نیز تأثیر گذاشته و اثرات بسیار مهمی بر ضریب لیفت و درگ آن می گذارد، به طوری که این پدیده سبب اعمال محدودیت هایی می شود که از افزایش بیشتر عملکرد بال جلوگیری می کند. لذا برای دستیابی به شرایط بهینه لازم است که لایه مرزی تشکیل شده را با تکنیک هایی کنترل کرد. با معرفی مفهوم لایه مرزی توسط پرانتل، فناوری های کنترل جریان بر اساس این تئوری پایه گذاری شدند. کنترل لایه مرزی یک تکنیک موثری است که می تواند سبب بهبود عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل ها شود و به ازای زوایای حمله بیشتر، در واماندگی تأخیر ایجاد کند. علوم و صنایع هوایی و فضایی امروزه به عنوان یکی از شاخص های ارزیابی سطح علمی و فنی کشورها مطرح می باشد و از نظر ایمنی نیز در سرنوشت کشورها نقش مهمی را ایفا می کند. بنابراین تلاش برای ارتقاء توانایی صنعتی در این زمینه از سوی کشورهای مختلف کاملا توصیه می شود. یکی از موارد مهمی که می بایست در طراحی سازه های هوایی به خصوص بال هواپیما مد نظر قرار گیرد، تعامل بین هوا و بال الاستیک هواپیماست که بعنوان پدیده آیروالاستیک شناخته می شود. در این پایان نامه، ابتدا مطالعه عددی جریان تراکم ناپذیر آرام دو بعدی حول ایرفویل نوسانی naca0012 با استفاده از openfoam انجام شده است. انواع حرکت نوسانی شامل پیچش، فراز و فرود و بالزنی در نظر گرفته شد. عدد رینولدز برای حرکت فراز و فرود 1850 و برای پیچشی و بالزنی 12000 در نظر گرفته شد. اثر این حرکات و همچنین پارامترهای ناپایای مختلف مانند دامنه و فرکانس کاهشی بر ضرایب آیرودینامیکی بررسی شد. برای کنترل جریان روی ایرفویل محرک پلاسمای تخلیه مانع دی الکتریک در سه موقعیت روی سطح بالایی ایرفویل استفاده شد و نتایج به دست آمده از اعمال آن برای هر سه نوع حرکت نوسانی با یکدیگر مقایسه شد. مشاهده شد که اعمال پلاسما منجر به بهبود ضرایب آیرودینامیکی در دو حرکت پیچشی و فراز و فرود می شود، اما اثر مثبتی بر حرکت بالزنی ندارد. همچنین، برای دامنه و فرکانس هایی که در این مقاله بررسی شد، پلاسمای لبه فرار، بر اساس نمودارهای به دست آمده، اثر مطلوب تری نسبت به پلاسمای نواحی دیگر دارد. سپس، مطالعه عددی جریان تراکم ناپذیر آرام دو بعدی حول ایرفویل نوسانی انعطاف پذیر naca0012 انجام شد. انواع حرکات نوسانی و اعداد رینولدز مربوط به هر یک همانند حالت صلب در نظر گرفته شد. حلگر تعامل جامد-سیال توسط یک معیار شناخته شده در مسائل تعامل سیال-جامد در جریان خارجی اعتبارسنجی شد و مشاهده شد که نتایج بدست آمده از حلگر مورد استفاده توافق بسیار خوبی با نتایج عددی معیار موجود دارد. به منظور در نظر گرفتن شرایط واقعی، اثر انعطاف پذیری ایرفویل و ارتعاشات ناشی از جریان بر این حرکات و همچنین پارامترهای ناپایای مختلف مانند دامنه نوسان و فرکانس کاهشی بر ضرایب آیرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفت و با ایرفویل صلب مقایسه شد. مشاهده شد که انعطاف پذیری در هر سه نوع حرکت باعث بهبود تراست می شود و با افزایش فرکانس، این بهبود نیز افزایش خواهد یافت. بر خلاف تراست، بهبود قابل توجه لیفت فقط در فرکانس های بالا به دست آمد. همچنین دیده شد که اثر انعطاف پذیری در حرکت بالزنی بیشتر از دیگر حرکات است. محرک پلاسمای تخلیه مانع دی الکتریک نیز همانند قبل البته فقط در لبه فرار ایرفویل انعطاف پذیر، به دلیل مفید واقع شدن پلاسمای این ناحیه بر اساس نمودارهای حالت صلب، مورد استفاده قرار گرفت و نتایج به دست آمده از اعمال آن برای هر سه نوع حرکت نوسانی با یکدیگر مقایسه شد.