ارزيابي دقت روش هاي نيمه تجربي و عددي در تخمين ضرايب آيروديناميك بال مثلثي ماهواره بر هوا پايه

Accuracy Evaluation of Semi-empirical and Numerical Methods in Estimation of Aerodynamic Coefficients for air-launch-to-orbit delta wing

در اين مقاله به اهميت برآورد صحيح رفتار آيروديناميكي بال مثلثي در مرحله طراحي مفهومي يك موشك ماهواره بر هواپايه پرداخته شده و چندين روش تخمين و محاسبه ضرايب آيروديناميكي بررسي و دقت اين روشها سنجيده شده است. نرم افزارهاي علمي و تجاري و نيز فلوئنت بعنوان شيوه هاي مختلف در دسترس انتخاب و از هندسه مشابه بال مثلثي نصب شده بر روي ماهواره بر هواپايه پگاسوس به عنوان الگو استفاده شده است. ويژگي متمايز اين بال، عدم استفاده از تونل باد در روند طراحي آن و پرواز در گستره وسيعي از جريانها ميباشد. با توجه به اينكه پارامترهاي متعددي از جمله ضرايب نيرو و ممان آيروديناميكي، مشتقات پايداري و كنترل، ضرايب بارگذاري بر روي سازه بال و ضريب انتقال حرارت بال مورد نياز است، لذا توانمندي روشهاي مختلف در تخمين و محاسبه ضرايب آيروديناميكي بعنوان مهمترين پارامترهاي موثر بر رفتار سيستم، ارزيابي شده و در هر رژيم جريان، نرم افزار يا تكنيك حل مناسب معرفي شده است. با توجه به قدرت و ظرفيت سامانه پردازش موازي در دسترس، تكنيكهاي متفاوت CFD باهم مقايسه شده است. دقت روشهاي حل معادلات ميانگين رينولدز (RANS) و معادلات اويلر بر اساس مقايسه با نتايج حاصل از DES سنجيده شده كه محدوده هاي اعتبار و صحت اين شيوه هاي ساده تر نيز پيشنهاد شده است. نتايج كلي حاصل، نشان دهنده مزيت نسبي روشهاي CFD بر نرم افزارهاي صنعتي و كدهاي نيمه تجربي است. نرم افزارهاي صنعتي و كد نيمه تجربي عمدتاً در محدوده خطي يا زواياي حمله كوچك، پاسخ هاي مطلوب ارايه مي دهند.

In this paper, the importance of accurate estimation of the aerodynamic performance of air-launch-to-orbit delta wing in the conceptual design phase has been mentioned. Some available and conventional methods of estimating the aerodynamic coefficients composed of CFD methods and industrial and commercial software have been selected and for comparison, a wing similar to delta wing mounted on Pegasus Air-launch-to-orbit missile as a template is being selected. The reason for this selection, mainly is the lack of wind tunnel in design process and flying in a wide range of flow regimes. As many parameters may be utilized in design process such as the aerodynamic force and moment coefficients, stability derivatives, heat transfer coefficient and the structural loading parameters are being required. In this study, the accuracy of the results of different methods in estimating the force and moment coefficients, as the most significant quantities for performance analysis, at any flow regime has been checked and the suitable method has been introduced in terms of the flight condition. With respect to available parallel processing system, different CFD methods are compared together. Then validity of solution of Reynolds-averaged equations (RANS) and Euler method have been evaluated based on the comparison by DES solutions. Therefore, the valid intervals of the subsequent methods have been presented. Results are indicating the advantage of computational methods to industrial and semi-empirical software. Semi-empirical code and industrial software are shown satisfactory for computation in the linear range i.e. the small angle of attacks.