استفاده از ایرفویل های منیفلد پایه در بهبود عملکرد آیرودینامیکی پهپادهای بال ثابت

بدون تردید، صنعت هوانوردی به عنوان یکی از زیرساختهای توسعه و تاثیر گذارترین گزینه در حوزه صنعت دفاعی و یکی از عوامل محرک بخش تولید در فرآیند توسعه پایدار محسوب می گردد. به همین سبب، این صنعت کلیدی، همواره کانون توجهات برنامهریزان و مسئولان کشور بوده است. نظر به اینکه افزایش نیروی برآ در پهپادهای بال ثابت، به دلیل نقش اجتناب ناپذیر آن در افزایش عملکرد پرنده در فازهای مختلف پروازی شامل برخاست، کروز و فرود، چالش اصلی مهندسین و طراحان هواپیما در چندین دهه بوده است؛ موضوع محوری پژوهش حاضر، به ارتقای هندسه ایرفویل ها، به ساختار منیفلدهای دیفرانسیل پذیر مجهز به متریک ریمانی، به منظور بهبود عملکرد آیرودینامیکی پهپادهای بال ثابت اختصاص یافته است. در این راستا، در این مقاله به بررسی جامع ارتقای ساختار هندسی ایرفویل های پهپادهای بال ثابت، از خم های چند جمله ای مانند خم های بی زیر و بی اسپلاین و ... به منیفلدهای دیفرانسیل پذیر و تاثیر آن در بهبود عملکرد آیرودینامیکی پرنده پرداخته می شود. نظر به چالشهای موجود در خصوص محل ساخت فرودگاه های نظامی و شهری، کوتاه بودن مسافت برخاست از پارامترهای بسیار حائز اهمیت در مرحله طراحی مفهومی محسوب می گردد. در این راستا، با توجه به نقش اساسی بال در تولید نیروی برآ و پسای پرنده، بهینه سازی عملکرد ایرفویل ها، یکی از مهمترین موضوعات پژوهشی در علوم هوافضا و به ویژه شاخه آیرودینامیک می باشد. یکی از روش های کنترل جریان غیرفعال به منظور بهبود راندمان آیرودینامیکی انواع بال ها و ایرفویل ها، استفاده از گارنی فلپ می باشد. در واقع، حضور این زائده عمود بر جریان در انتهای ایرفویل، موجب می گردد که در مقابل آن و زیر ایرفویل یک گردابه و در پشت آن دو گردابه تولید شود. شایان ذکر است که گردابه موجود در زیر ایرفویل، طبق اصل جاکوفسکی به تنهایی منجر به افزایش برآ در بال شده و به علاوه، یک ممان پیچشی منفی نیز به ایرفویل وارد شود. همچنین، دو گردابه موجود در پشت گارنی فلپ نیز، سبب تغییر شرط کوتا در لبه فرار شده و به علت ایجاد ناحیه کم فشار، جریان را در در انتهای ایرفویل مکش کرده و موجب ایجاد چسبندگی بیشتر در این ناحیه می شود. لذا، این پدیده را می توان یکی از دلایل عمده افزایش برآی ایرفویل با بکارگیری گارنی فلپ برشمرد. با توجه به تحقیقات پیشین، استخراج هندسه بهینه برای گارنی فلپ به منظور بهبود ضریب برآی ایرفویل، نقش بسیار حائز اهمیتی دارد. لذا، پژوهش حاضر بر بهینه سازی هندسه یک ایرفویل مجهز به گارنی فلپ با هدف بهبود عملکرد آیرودینامیکی بال و به تبع آن کاهش مسافت برخاست متمرکز شده است. بدین منظور، در این پژوهش، از ساختار منیفلدهای دیفرانسیل پذیر در طراحی هندسه ایرفویل استفاده خواهد شد. بدین معنا که برای تولید ایرفویل با سطحی هموار و پیوسته، خم های بی زیر همبند را در قالب یک منیفلد هموار مجهز به متریک ریمانی، مدل سازی خواهیم کرد که منجر به افزایش کارایی آیرودینامیکی ایرفویل حاصل شده خواهد شد. بدیهی است که یکی از پیامدهای بهینه سازی مذکور، کاهش هزینه عملیاتی است که عمدتا از طریق کاهش مصرف انرژی و افزایش زمان پرواز محقق خواهد شد.

کلیدواژه ها:

پهپادهای بال ثابت ، منیفلد دیفرانسیل پذیر ، ایرفویل ، گارنی فلپ ، متریک ریمانی