مطالعه تجربي و عددي اثر صدمه ستاره اي شكل بر عملكرد آيروديناميكي بال يك پهپاد

Experimental and Numerical Investigation of Aerodynamic Performance of a Star-Shaped Damaged Wing

اين مقاله عملكرد آيروديناميكي بال يك پهپاد را كه توسط برخورد يك جسم مانند گلوله جنگي دچار صدمه شده است، با دو روش شبيه سازي عددي و تجربي مورد مطالعه قرار مي دهد. به منظور شبيه سازي اثر برخورد گلوله و ايجاد گوشه هاي تيز در صدمه واقعي، از يك حفره ستاره اي شكل براي شبيه سازي صدمه استفاده شده است. مقطع بال مورد مطالعه، ايرفويل نامتقارن با شماره NACA 64-412 در نظر گرفته شده است. در اين تحقيق، اثر موقعيت صدمه در راستاي دهانه بال در سه مكان مختلف سر، ميانه و ريشه بال بر روي عملكرد آيروديناميكي بال تحت زواياي حمله مختلف مطالعه شده است. در بخش تجربي اين مقاله مشخصات جريان عبوري از روي بال و صدمه، با تكنيك رنگ استاندارد آشكارسازي شده و اثرات آن بر ضرايب آيروديناميكي ارائه شده است. به منظور بررسي قابليت حل عددي در پيش بيني عملكرد آيروديناميكي بال صدمه ديده، جريان اطراف بال به صورت عددي تحليل شده و نتايج حاصل با نتايج آزمايشگاهي اعتبارسنجي و مقايسه شده است. در نتايج آشكارسازي جريان، يك جريان جت قوي و دو گردابه با چرخش خلاف جهت، متصل به صدمه ستاره اي شكل، در سطح مكش بال مشاهده مي شود. نتايج نشان مي دهد صدمه ستاره اي كه مساحت آن حدود 1 درصد مساحت كل بال است مي تواند ضريب برآي بال را حدود 6 درصد در مقايسه با بال سالم كاهش و ضريب پسا را حدود ۱۵/۷ درصد نسبت به بال سالم، افزايش دهد. همچنين صدمه باعث مي شود بال ضريب ممان پيچشي منفي تري را تجربه كند. نتايج صدمه در مكان هاي مختلف نشان داد كه صدمه در نزديك نوك بال تاثير كمتري بر كاهش كارايي آيروديناميكي بال دارد. ضريب پسا را حدود ۱۵/۷ درصد نسبت به بال سالم، افزايش دهد. همچنين صدمه باعث مي شود بال ضريب ممان پيچشي منفي تري را تجربه كند. نتايج صدمه در مكان هاي مختلف نشان داد كه صدمه در نزديك نوك بال تاثير كمتري بر كاهش كارايي آيروديناميكي بال دارد.

In this paper the flow on a finite wing with star damage is numerically and experimentally investigated to understand the influences of damage on the aerodynamic characteristics of wing. To study the effects of different span positions، the damage was considered in tip، middle and root position of the wing span. The wing model of studies is a section of NACA 641-412 asymmetric airfoil with 200mm chord and 800mm span. The aerodynamic coefficients and their increments due to damage were extracted and the results were compared to each other and also to the experimental results. The flow visualization of flow over the damaged wing has been done with pain technique to make evident the flow structure on the model and to understand the influences of damage on the flow. For better understanding of the ability of numerical modeling prediction of aerodynamic performance of a damaged wing، the flow around the wing was numerically analyzed and was validated with the experimental results. A star damage with area about 1% of the wing، can decrease the lift coefficient about 6% and increase the drag coefficient about 15.7% compared with undamaged wing. The star damaged wing also experiences more negative pitching moment coefficient. The results of damage in different locations showed that the damage near to wing tip has less impact on decrement of aerodynamic efficiency. For better understanding of the ability of numerical modeling prediction of aerodynamic performance of a damaged wing، the flow around the wing was numerically analyzed and was validated with the experimental results. A star damage with area about 1% of the wing، can decrease the lift coefficient about 6% and increase the drag coefficient about 15.7% compared with undamaged wing. The star damaged wing also experiences more negative pitching moment coefficient. The results of damage in different locations showed that the damage near to wing tip has less impact on decrement of aerodynamic efficiency.