بهینه‌سازی فن‌های مجرایی در پهپادها با اسـتفاده از کـنترل فـعال جـریان

نوع مقاله : علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا دانشگاه صنعتی شیراز

2 استادیار دانشکدة مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

امروزه پهپادهای فن مجرایی، با توانایی فرود و برخاست عمودی و بدون نیاز به باند، به‌طور گسترده‌ مورد استفاده قرار می‌گیرند. افزایش نیروی پیشرانش به‌علت وجود مجرا، سبب پیچیده‌تر شدن آئرودینامیک این وسائل در مقایسه با روتورهای بدون مجرا شده است. اما هنوز مسائل حل‌نشده‌ای نیز در رابطه با این سیستم وجود دارد. نشتی جریان نوک روتور و جدایش جریان درون و خارج از مجرا منابع مهمی از اتلاف آئرودینامیکی فن‌های مجرایی‌اند و اثری معکوس بر کارایی آئرودینامیکی این وسیله دارند. توانایی اداره‌کردن جریان به‌منظور بهبود کارایی یا عملکرد از اهمیت بالایی برخوردار است. از جمله زمینه‌های تحقیقاتی پیشرو در عرصة مکانیک سیالات، کنترل فعال جریان است. مزایای کنترل جریان شامل بهبود کارایی و مانورپذیری، بهرة اقتصادی، افزایش برد و محموله است. در این مقاله روش‌های نوین تغییر آئرودینامیک فن مجرایی با استفاده از کنترل فعال جریان مطرح شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] V. K. Lakshminarayan, J. D. Baeder,“Computational Investigation of Micro Scale Shrouded Rotor Aerodynamic Hover”, Alfred Gessow Rotorcraft Center, Department of Aerospace Engineering University of Maryland, 2010.
[2] Fleming, Jonathan, Jones, Troy, Ng, Gelhausen, Paul, Enns, Dale, “Improving Control System Effectiveness for Ducted Fan VTOL UAVs Operating in Crosswinds”, 2nd AIAA UAV Conference and Workshop & Exhibit, San Diego, CA, September 2003.
[3] A. Akturk, C. Camci, “Tip Clearance Investigation of a Ducted Fan used in VTOL, Proceedings of ASME Turbo Expo Turbine Technical Conference IGTI 2011.
[4] A. Akturk, C. Camci, “A Computational and Experimental Analysis of a Ducted Fan used in VTOL UAV System”, Postdoctoral Research Fellow, 2011.
[5] W. Graf, J. Fleming, W. Ng, P. Gelhausen, “Ducted Fan Aerodynamics in Forward Flight”,  AHS International Specialists Meeting on Unmanned Rotorcraft, Chandler, AZ, January 2005.
[6] W. Graf, “Effects of Duct Lip Shaping and Various Control Devices on the Hover and Forward Flight Performance of Ducted Fan UAVs”, Master’s Thesis, Virginia Tech, Blacksburg, VA, May 13 2005.
[7] P. Martin, C. Tung, “Performance and Flowfield Measurements on a 10-inch Ducted Rotor VTOL UAV”, Ames Research Center, 2004.
[8] L. Stipa, “Experiments with Intubed Propellers”, NACA TM 655, 1932, Translated from L. Aerotecnica (Rome), pp. 923-953, Aug 1931.
[9] L. Stipa, “Experiments with Intubed Propellers”, NACA TM 655, 1932, Translated from L. Aerotecnica (Rome), pp. 923-953, Aug 1931.
[10] W. Krüger, “On Wind Tunnel Tests And Computations Concerning The Problem Of Shrouded Propellers”, NACA TM 1202, 1949, originally published in Germany 1944.
[11] P. Martin, C. Tung, “Performance and Flowfield Measurements on a 10-inch Ducted Rotor VTOL UAV”, American Helicopter Society Paper AHS 2004-0264, 2004.
[12] A. Akturk, A. Shavalikul, C. Camci, “PIV Measurements and Computational Study of a 5-Inch Ducted Fan for V/STOL UAV Applications”, AIAA Paper 2009-332, Proceedings of 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, Florida, 5 - 8 January 2009.
[13] R. Burley, D. Hwang, "Investigation of Tangential Blowing Applied to a Subsonic V/STOL Inlet", Journal of Aircraft, Vol. 20, No. 11, 1982.
[14] O. J. Ohanian, E. Karni, W. K. Londenberg, P. A. Gelhausen, D. J. Inman, “Ducted-Fan Force and Moment Control via Steady and Synthetic Jets”, AIAA Paper 2009-3622, 27th AIAA Applied Aerodynamics Conference, San Antonio, Texas, 22 - 25 June 2009.
[15] O. J. Ohanian, “Ducted Fan Aerodynamics and Modeling, with Applications of Steady and Synthetic Jet Flow Control”, Dissertation submitted to faculty of the Virginia Polytechnic Institute, 2011.
[16] B. L. Smith, A. Glezer, “Vectoring and Small-Scale Motions Effected in Free Shear Flows Using Synthetic Jet Actuators”, AIAA Paper No. 97-0213, 35th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, NV, January 1997.
[17] M. Gad-el-Hak, “Introduction  to  Flow  Control”  In: Gad-el-Hak M, Pollard A, Bonnet J, editors. Flow control: fundamentals and practices. Berlin: Springer, pp. 199–273, 1998.
[18] M. Jahanmiri, “Active Flow Control: A Review”, Division of Fluid Dynamics Department of Applied Mechanics, Chalmers university of technology, Göteborg, Sweden, 2010.
[19] M. Jahanmiri, “Excited Jet and Its Application: Research report”, Division of Fluid Dynamics Department of Applied Mechanics, Chalmers university of technology, Göteborg, Sweden, 2011.
[20] Linda D. Kral, “Active Flow Control Technology”, ASME Fluids Engineering Conference, Washington University St. Louis, Missouri, 2000.
[21] L. Cattafesta, S. Garg, and  M. Choudhari.,  “Active Control of Flow-Induced Cavity Resonance”, AIAA Paper 97-1804, 4th AIAA Shear Flow Control Conference, Snowmass, June 1997.
[22] L. Cattafesta, D. Shukla, S. Garg, and J. Ross, “Development of an Adaptive Weapons-Bay Suppression System”, AIAA Paper No. 99-1901, 5th AIAA Aeroacoustics Conference, Seattle, WA, May. 1999
[23] D. Nosenchuck, G. Brown, H. Culver, T. Eng, and I. Huang, “Spatial and Temporal Characteristics of Boundary Layers Controlled with the Lorentz Force”,  Extended Abstract, Twelfth Australasian Fluid Mechanics Conference, Sydney, Australia, 1995
[24] M. Jahanmiri, “Static Pressure Distribution in an Excited Jet: Some Observation”, International J. of Engineering Vol. 13, No.3, 2000.
[25] N. H. Mostafa, , U. Vandsburger, T. A. Economides, “Flow Field Characteristics of a Turbulent Round Jet Subjected to Pulsed Vortex Generating Jets” Int. Congress on Fluid Dynamics & Propulsion, Cairo, Egypt 1996.