بررسي تجربي، تحليلي و عددي عملكرد استاتيكي يك موتور الكتريكي ملخي با كاربرد در يك پهپاد سبك

An experimental, analytical and numerical investigation of static performance of an electromotor driven propeller with application in UAVs

به دليل كاربردهاي گسترده پهپادها، سرمايه‌گذاري روي آنها در سال هاي اخير افزايش يافته است. ملخ به عنوان يك عامل مهم در ايجاد نيروي پيشران اين وسايل پرنده بوده و بررسي عملكرد آن از اهميت ويژه اي برخوردار است. با توجه به اين مساله در اين تحقيق تلاشي براي طراحي و ساخت وسيله اي براي اندازه گيري نيروي تراست استاتيكي چند نمونه از ملخ هاي مورد استفاده در يك موتور الكتريكي با كاربرد در يك پهپاد سبك صورت گرفت. براي اين كار ابتدا يك استند براي انجام تست هاي استاتيكي موتور طراحي، تحليل و ساخته شد و سپس عملكرد استاتيكي موتور الكتريكي اشاره شده با چند نمونه ملخ در سرعت هاي دوراني مختلف اندازه‌گيري شده و با نتايج عددي و تحليلي مقايسه گرديد. در ادامه به منظور اعتبارسنجي نتايج، عملكرد يكي از ملخ هاي بررسي شده با استفاده از روش ديناميك سيالات محاسباتي مبتني بر مدل توربولانسي k-?،RNG به صورت عددي تحليل گرديد. مقايسه نتايج عددي، تحليلي و تجربي براي ملخ مذكور حاكي از تطابق مناسب و صحت تست هاي تجربي انجام شده است. نتايج بدست آمده بيانگر اين مساله است كه در بهترين حالت اختلاف ميان نتايج تحليلي و تجربي حدود 4/0%، نتايج تجربي و عددي 3/0% و نتايج تحليلي و عددي نيز در حدود 23/1 % برآورد مي‌شود. همچنين در محدوده تغييرات سرعت دوراني در اكثر موارد اختلاف ميان نتايج تجربي و عددي كمتر از 10 % است كه اين موضوع حاكي از تطابق قابل قبول نتايج و نيز نشان دهنده صحت روش عددي به كار رفته و همچنين ساز وكار انجام گرفته در تست هاي تجربي است.

Because of various applications of UAVs, research in this field has been increasingly developed in recent years. Propeller has considerable importance as a key factor in producing propulsion in such vehicles. Having information about a propeller’s performance variations in different operational conditions is very important in choosing a suitable propeller for a predefined mission of the flying vehicle. For this aim, in this research a test stand was designed and fabricated to evaluate the static performance of electromotor driven propellers with application in UAVs. After collecting data by performing experimental tests, the results were compared to those obtained from the numerical and analytical techniques. In order to verify the results, a propeller was modeled and a computational method was applied based on k-?, RNG turbulence model. The comparison of experimental, analytical and computational results shows an acceptable agreement between them. According to the results, the difference between analytical and empirical results is 0.4%, the difference between computational and empirical results is 0.3%, and the difference between analytical and computational results is about 1.23%. Also, in the range of the rotational speed of the propeller, the difference between computational and empirical results became less than 10% in most cases, indicating validity of the applied computational method and correctness of experimental test procedure.