Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1398
7
1
gregorian
2019
10
1
19
10
online
1
fulltext
fa
توسعه مدل آیروالاستیک هواپیمای کامل برای بررسی اثر انعطافپذیری بر ضرایب دینامیک پروازی آن
Developing an Aero-Elastic Model of a Full Aircraft to Study the Effect of Flexibility on its Flight Dynamics Derivatives
<div style="text-align: justify;"><span style="font-size:12px;"><span style="font-family:iransharp;"><span dir="RTL">هواپیماهای بدون سرنشین که اغلب سبک و انعطافپذیرند از جمله وسایل پرنده پرکاربرد در سالهای اخیر هستند که بسیار مورد توجه طراحان حوزه هوافضا قرار گرفتهاند. نکته مهم در مورد طراحی این پرندهها تاثیر متقابل تغییر شکلهای سازه و بارهای آیرودینامیکی است یعنی انعطافپذیر بودن پرنده سبب میشود حین اعمال بارهای آیرودینامیکی تغییر شکلهایی در پرنده ایجاد شود که سبب تغییر در ضرایب و مشتقات آیرودینامیکی آن خواهد شد. در پژوهش حاضر اثر انعطافپذیری سازه بر مشتقات آیرودینامیکی استاتیکی و دینامیکی و به ویژه پایداری عرضی پرنده، مورد مطالعه قرار گرفته و مدلی برای محاسبه سریع این ضرایب معرفی شده است. این مدل براساس روش آیرودینامیک سریع و تیر الاستیک است و برای پرنده کامل و نامقید ارائه شده است. تحلیل سازه با روش مودال و با استفاده از شکل مودهای تیر (با روش اجزا محدود) و محاسبات آیرودینامیکی با روش پنل سهبعدی (ترکیب چمشه و دابلت) انجام شده و معادلات آیروالاستیک پرنده کامل بهصورت همگیر و برحسب عملگرهای ماتریسی توسعه داده شده است. در انتها پس از صحتسنجیهای انجامشده، برای یک هواپیمای بدون سرنشین، تاثیر انعطافپذیری بر مشتقات در دو حالت مطالعه شده است. در یک حالت ضریب بار لیفت تغییر کرده و پس از تریم کردن پرنده، مشتقات مختلف محاسبه شده است. در حالت دیگر، با تغییر طول بال، مشتقات پرنده به ازای مقادیر مختلف نسبت منظری محاسبه شده است. نتایج نشان میدهد که انعطافپذیری پرنده مورد مطالعه میتواند تا چند ده برابر حالت صلب، افزایش در برخی مشتقات عرضی پرنده ایجاد کند.</span></span></span></div>
Flexible and lightweight unmanned aerial vehicles (UAVs) have shown their widespread applications in recent years and hence attracted so much attention of various aerospace communities. Due to their high flexibility, the interactions of aerodynamic loading and structure deformations are the dominant factor in their design process. Aerodynamic causes a set of deformations in the structure which consequently alters aerodynamic coefficients. In the current study, the effect of UAV flexibility on aerodynamic derivatives and lateral stability of the vehicle was investigated and an efficient method is proposed to provide an accurate estimation of the aerodynamic coefficients. This method is based on fast aerodynamic calculations as well as the formulation of elastic beams and is given for a full free-free airplane. Vehicle analysis is conducted by using the Modal beam formulation (through finite element mode shapes) and aerodynamic calculations based upon the 3D panel method (source–doublet combination). The final aero-elastic coupled formulation the whole system is also given in terms of matrix operators. Verification studies are conducted for a special type of UAV and flexibility effects on derivatives are evaluated in the two states. In a first evaluation, the lift load factor is altered and after trimming the airplane, various aerodynamic derivatives are computed while in the second evaluation, with varying the wingspan length, the aerodynamic derivatives are obtained at each aspect ratio of the wing. Results show that flexibility can enhance some of the stability derivatives of the UAV up to several times.<br>
آیروالاستیسیته, پایداری, پرنده بدون سرنشین بلند پرواز, مشتقات آیرودینامیکی, پرنده انعطافپذیر
Aero-Elasticity,Stability ,HALE UAV ,Aerodynamic Derivatives,Flexible Airplane
2511
2521
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-45020-2&slc_lang=fa&sid=15
M.
Borhanpanah
محمدرضا
برهان پناه
1003194753284600129865
1003194753284600129865
No
Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران
R.
Dehghani Firouz-Abadi
روح اله
دهقانیفیروز آبادی
firouzabadi@sharif.ir
1003194753284600129866
1003194753284600129866
Yes
Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران