مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی آیروالاستیک ایستایی یک بال در جریان گذر صوتی

نویسندگان
1 مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشکاه تهران
2 رئیس / مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشگاه تهران
3 هیئت علمی دانشگاه تهران
چکیده
مدل‌سازی دقیق ، امری ضروری برای سازه‌های طراحی شده در جریان گذر صوتی می‌باشد. در این پژوهش به شبیه‌سازی عددی پدیده‌های آیروالاستیک به صورت استاتیکی برای سازه‌های تغییر شکل‌پذیر در جریان گذر صوتی پرداخته می شود. در جریان‌ گذرصوتی، ناپایداری‌های فراوانی برای سیستم‌های آیرودینامیکی به وقوع می‌پیوندد. این ناپایداری‌ها باعث غیر خطی شدن محاسبات در محیط سیال و سازه می‌شود. با توجه به گسترش روش‌های عددی و همچنین پیشرفت تکنولوژی، هزینه‌های محاسباتی کاهش یافته و لذا شبیه‌سازی با کیفیت بالا قابل دستیابی است. در این مقاله شبیه‌سازی آیروالاستیک در جریان گذر صوتی (عدد ماخ 0.96) بر روی بال مرسوم آگارد 445.6 انجام شده است. این شبیه‌سازی شامل تحلیل‌ مودال، حل استاتیکی سیال و بررسی رفتار الاستیک سازه می‌باشد. در قسمت اول با استفاده از تحلیل مودال، چهار فرکانس طبیعی اول و شکل مودهای مربوطه با داده‌های مربوط به محققان قبلی مقایسه گردید وهندسه‌ی مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، با استفاده از حل یک‌طرفه استاتیکی، نیروهای فشاری ایجاد شده در هنگام عبور سیال از روی بال، باعث ایجاد تغییر شکل در سازه می‌شود. در بخش نتایج، ضرایب فشار اعمالی به سازه با یکدیگر و همچنین با نتایج موجود شبیه‌سازی‌های محققان قبلی مقایسه شده و جابه‌جایی‌های اعمال شده توسط این نیرو‌های فشاری نیز گزارش گردید. همچنین با توجه به تغییر شکل‌های بوجود آمده بر روی سازه، ضرایب فشار برای هر مرحله محاسبه و گزارش گردیده است. در این پژوهش با افزایش تعداد مراحل برای حل به صورت یک‌طرفه، جابه‌جایی‌ها کاهش یافته و سازه به پایداری استاتیکی خود نزدیک شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Static Aeroelastic Simulation of a Wing in Transonic Flow

نویسندگان English

Mohammad Mehdi Keshavarzi 1
Aghil Yousefi Koma 2
Amir Nejat 3
Seyed Saeed Mohtasebi 3
چکیده English

Precise modeling has great importance in systems which are designed to work in transonic regions. The scope of current investigation includes numerical simulation of static aeroelastic phenomena of deformable structures in transonic regimes. Transonic flow brings lots of instabilities for aerodynamic systems. These instabilities bring nonlinearity in flow and structure solvers. Due to improvements in numerical methods and also enhancement in computing technologies, computational costs reduced and high-fidelity simulations are more applicable. Simulations in this paper are done in transonic flow (M = 0.96) on the benchmark wing AGARD 445.6. The procedure includes modal analysis, steady flow simulation and investigation of structure’s elastic behavior. At the first phase, the geometry model is validated by modal analysis with regards to comparison of first four natural frequencies and corresponding mode shapes. Then, a loose or staggered coupling is used to analyze aeroelastic behavior of the wing. In each simulation step, imposed pressure on the surfaces of the wing caused by transonic flow regime, deforms the structure. In the results section, a comparison between imposed pressure coefficients in each step with the existing literature and experimental results are reported. Also, pressure coefficients in each steps are calculated and reported. In this investigation by using multiple steps in one-way fluid-structure analysis, deformations are reduced in each step and as a result, the structure reached its static stability point.

کلیدواژه‌ها English

Aeroelasticity
Fluid-Structure Interaction
Computational Fluid Dynamic (CFD)
Transonic Flow
AGARD 445.6