بررسي عملكرد آيروديناميكي يك مدل تجربي بال شكل‌پذير با طول دهنۀ متغير

Aerodynamic Performance Investigation of an Experimental Variable-Span Morphing Wing Model

در تحقیق حاضر، طرح شكل‌پذیر بال با طول دهنۀ متغیر روی بال یك پهپاد به‌منظور دست‌یابی به عملكرد بهینه در رژیم‌های مختلف پروازی در تونل باد مورد بررسی قرارگرفته است. برای اجرای این طرح، یك بال شكل‌پذیر به‌همراه مكانیزم‌های مربوط به آن طراحی، ساخته و تست ‌شده است. آزمایش‌ها در یك تونل باد سرعت‌‌پایین در سرعت‌های 35، 60 و 80 متر بر ثانیه در محدودۀ عدد ‌رینولدز بین 250×〖10〗^3 تا 620×〖10〗^3 انجام‌گرفته است.‌ برای اجرای طرح شكل‌پذیر، تغییر طول بال نسبت به بال پایه، 38 درصد و میزان تغییر ضریب منظری نیز 74 درصد می‌باشد. نتایج تجربی نشان‌دهندۀ بهبود ویژگی‌های آیرودینامیكی بال شكل‌پذیر نسبت به بال پایه می‌باشد، این مسئله به فرم كاهش پسای القایی و نیروی رانش موردنیاز و افزایش ضریب برآ، راندمان آیرودینامیكی و افزایش مداومت و برد پرواز ظاهرشده است. طبق نتایج، مداومت و برد پروازی بال شكل‌پذیر نسبت به بال پایه به‌ترتیب 17 و 5 درصد افزایش داشته است. مطالعات تجربی انجام‌شده نشان می‌دهد كه بیشترین راندمان آیرودینامیكی مدل بال در زاویۀ حمله 4 درجه و حداكثر مقدار آن 8/14 برای بال پایه، 3/16 برای بال شكل‌پذیر با افزایش طول 50 درصد(5 سانتی‌متر) و 4/17 درصد برای بال شكل‌پذیر با افزایش طول 100 درصد (10 سانتی‌متر) می‌باشد. در این تحقیق هم‌چنین نشان داده ‌شده است كه چگونه می‌توان از طرح بال شكل‌پذیر به‌عنوان یك روش جایگزین برای كنترل حركات غلت به‌جای روش كنترل غلت سنتی (سطوح كنترل شهپر) استفاده نمود. به‌نحوی‌ كه در مقایسه با كنترل غلت معمولی استفاده از روش طول متغیر قدرت كنترل غلت را افزایش خواهد داد.

In this paper, the implementation of the variable-span Morphing wing(VSMW) on the wings of a UAV to achiev the optimal performance for various flight regimes is studied in wind tunnels. For the implementation of this plan, a morphing wing with its related mechanism is designed, built and tested. Tests were carried out at a low- speed wind tunnel with speeds of 35, 60 and 80 m/s in the range of Reynolds Number between 250×〖10〗^3 to 620×〖10〗^3. For the implementation of the morphing wing plan, the maximum deviation of wing span relative to Basewing (BW) is 38 percent and change of aspect ratio is 74% percent. Experimental results showed the improved aerodynamic properties of VSMW compared to BW. These improvements are in the form of reduction of induced drag, thrust required and increasing of lift coefficient, aerodynamic efficiency, endurance and rang. According to the results, endurance and range for VSMW comparison to BW, respectively 17 and 5 percent increased. The experimental studies show that the maximum aerodynamic efficiency of the wing model occurs at 4 degree angle of attack with the maximum value being 14.8 for the base wing, 16.3 for the morphing wing with 50 percent (5 cm) extension in wing span, and 17.4 % for the morphing wing with 100 percent (10 cm) span extension. This research also shows how VSMW can be used as an alternative method of roll control instead of the regular method (i.e. using aileron control surfaces) as it provides more roll control power than the regular method.