Υπολογιστική μελέτη επίδρασης γεννητριών δινών σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος
Loading...
Date
2026-07-07
Authors
Ζουγιανός, Βασίλειος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ολοκλήρωση του βασικού σχεδιασμού κάθε αεροχήματος αποτελεί το σημείο εκκίνησης της διαδικασίας βελτιστοποίησης αυτού του σχεδιασμού. Έτσι, κάθε αερόχημα προσανατολίζεται, κατ’ αρχήν, στην ικανοποίηση ενός συνόλου επιχειρησιακών απαιτήσεων. Κατόπιν, εξετάζονται ποικίλοι τρόποι με τους οποίους δύναται να βελτιωθούν οι επιδόσεις του εκάστοτε αεροχήματος έχοντας πάντα ως γνώμονα τις επιχειρησιακές απαιτήσεις.
Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η βελτίωση της αεροδυναμικής απόδοσης της πτέρυγας, που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί σε ένα Μη Επανδρωμένο Αερόχημα (ΜΕΑ) μικρού μεγέθους, με χρήση κατάλληλα διαμορφωμένων γεννητριών δινών. Οι συγκεκριμένες διατάξεις συμβάλλουν στον παθητικό έλεγχο του οριακού στρώματος. Συγκεκριμένα, η χρήση των γεννητριών δινών στοχεύει στη μεταφορά ορμής και ενέργειας από την εξωτερική αδιατάρακτη ροή, προς το οριακό στρώμα που σχηματίζεται γύρω από την πτέρυγα. Ως αποτέλεσμα, το οριακό στρώμα καθίσταται ανθεκτικότερο στην αποκόλληση που προκύπτει από τη θετική κλίση πίεσης άνωθεν της πτέρυγας. Ταυτόχρονα, επιτυγχάνεται καθυστέρηση στην εμφάνιση των φαινομένων απώλειας στήριξης.
Αρχικά σχεδιάστηκε, με χρήση του λογισμικού ANSYS DesignModeler, η αρχική διαμόρφωση της πτέρυγας. Στη συνέχεια, με το ίδιο λογισμικό σχεδιάστηκε το υπολογιστικό πεδίο που χρησιμοποιήθηκε στις υπολογιστικές προσομοιώσεις. Κατόπιν έγινε μελέτη της αρχικής πτέρυγας σε ταχύτητα αδιατάρακτης ροής ίση με 10 𝑚/𝑠 σε συνολικά έξι διαφορετικές γωνίες προσβολής (0°,4°,8°,12°,16° και 20°). Μετά την πλήρη μελέτη της αρχικής πτέρυγας και λαμβάνοντας υπόψη σχετικές μελέτες σχετικά με την επίδραση των γεννητριών δινών, σχεδιάστηκαν με το άνωθεν λογισμικό και μελετήθηκαν διαδοχικά, συνολικά πέντε διαφορετικές διαμορφώσεις γεννητριών δινών.
Με το πέρας του σχεδιασμού κάθε διαμόρφωσης, συμπεριλαμβανομένης και της αρχικής πτέρυγας, η γεωμετρία εισαγόταν στο λογισμικό ANSYS Fluent Meshing για την κατασκευή των υπολογιστικών πλεγμάτων με τη μέθοδο Poly-Hexcore της τεχνολογίας ANSYS Mosaic Meshing.H υπολογιστική μοντελοποίηση της ροής του αέρα γύρω από την πτέρυγα, έγινε επίσης με το λογισμικό ANSYS Fluent εφαρμόζοντας το μοντέλο τύρβης Shear Stress Transport (SST) 𝑘−𝜔. Το μοντέλο τύρβης SST 𝑘−𝜔 θεωρήθηκε το καταλληλότερο για την συγκεκριμένη εφαρμογή καθώς συνδυάζει σχετικά μειωμένο υπολογιστικό κόστος με επαρκή ικανότητα μοντελοποίησης της ροής γύρω από την πτέρυγα.
Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνιστούν ότι, η χρήση γεννητριών δινών έχει ευεργετικά αποτελέσματα στην αεροδυναμική απόδοση της πτέρυγας. Ωστόσο, απαιτείται πολύ προσεκτικός σχεδιασμός της εκάστοτε διαμόρφωσης διότι, όπως σε όλες τις μεθόδους παθητικού ελέγχου του οριακού στρώματος, η οποιαδήποτε ευεργετική επίδραση κάθε διαμόρφωσης προκύπτει σε ένα στενό φάσμα συνθηκών λειτουργίας.
Description
Keywords
Αεροδυναμική απόδοση, Οριακά στρώματα, Γεννήτριες δινών, Υπολογιστική ρευστοδυναμική