فناوری در مهندسی هوافضا

فناوری در مهندسی هوافضا

طراحی آیرودینامیکی ملخ هواپیما آکروباتیک الکتریکی به کمک روش مومنتوم المان پره

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجو کارشناسی ارشد، گروه جلوبرندگی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 استادیار، گروه جلوبرندگی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
ملخ، به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی در تولید نیروی پیشران، نیازمند طراحی دقیق و متناسب با شرایط پروازی مختلف است. در این پژوهش، ابتدا روابط آیرودینامیکی حاکم بر عملکرد ملخ بررسی شده و به تحلیل نیروهای برآ و پسا در ملخ‌ها پرداخته شده است. سپس، به‌منظور دستیابی به یک طراحی بهینه، ملخ‌های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و تأثیر پارامترهایی همچون زاویه‌ی حمله، توزیع نیروی رانش و توزیع سرعت روی بازدهی ملخ تحلیل شده است. در ادامه، بر اساس تئوری مومنتوم المان پره (BEMT)، یک ملخ مناسب برای هواپیمای با پیشران الکتریکی طراحی شده است که قادر به عملکرد در سرعت‌های بالاتر از 60 متر بر ثانیه می‌باشد. طراحی و شبیه‌سازی اولیه توسط نرم‌افزار JavaProp انجام شده و سپس نتایج حاصل از شبیه‌سازی با داده‌های مرجع مقایسه و اعتبارسنجی گردیده‌اند. نتایج نشان داد که طراحی ارائه‌شده منجر به بهبود عملکرد ملخ در سرعت‌های بالا شده و می‌تواند به‌عنوان یک گزینه‌ی کارآمد در سیستم‌های پیشران الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. برای تحلیل جریان اطراف ملخ، از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر معادلات RANS و مدل آشفتگی k–ω استفاده شد. با افزایش دور موتور از ۲۵۰۰ تا ۵۰۰۰ rpm، نیروی رانش از حدود ۴۵۰۰  به ۱۲۵۰۰ دور رسید و توزیع یکنواخت میدان سرعت بیانگر پایداری ساختار جریان پیرامونی پره بود. در مجموع، ملخ طراحی‌شده با افزایش 35٪ بازدهی به‌عنوان گزینه‌ای کارآمد برای سامانه‌های پیشران الکتریکی هواپیماهای سبک و آکروباتیک قابل استفاده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Aerodynamic design of an electric aerobatic aircraft propeller using the Blade Element Momentum Theory (BEMT)

نویسندگان English

mohammad kasaie 1
Masoud Eidi Attarzade 2
Amirreza Ahmadi Tonekaboni 1
1 Depatment of Aerospace Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Depatment of Aerospace Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده English

The propeller requires precise design tailored to various flight conditions. In this study, the aerodynamic relations governing propeller performance were examined, focusing on the analysis of lift and drag forces acting on the blades. To achieve an optimized design, several propeller configurations were investigated, and the effects of parameters such as angle of attack, thrust distribution, and velocity profiles on propeller efficiency were analyzed. Subsequently, based on the Blade Element Momentum Theory (BEMT), a propeller suitable for an electrically powered aircraft capable of operating at speeds above 60 m/s was designed. The initial design and simulation were performed using JavaProp software, and the obtained results were validated through comparison with reference data. The results demonstrated that the presented design enhances aerodynamic behavior at high speeds and can serve as an efficient option for electric propulsion systems. For the flow analysis around the propeller, a CFD approach based on the Reynolds‑Averaged Navier–Stokes (RANS) equations and the k–ω turbulence model was utilized. As the engine rotational speed increased from 2500 to 5000 rpm, the thrust rose from approximately 4,500 N to 12,500 N, and the uniform velocity field indicated stable and coherent flow structures around the blades. Furthermore, the gradual increase in thrust with rotational speed confirms the proper adaptation of attack angles and geometric twist to real‑flow conditions. Overall, the designed propeller demonstrated a 35 % increase in efficiency making it a reliable and effective choice for electric propulsion systems in light and aerobatic aircraft applications.

کلیدواژه‌ها English

Propeller design
Electric propulsion
Computational Fluid Dynamics
Blade Element Momentum Theory
JavaProp

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 آذر 1404

  • تاریخ دریافت 28 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 24 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 10 آبان 1404
  • تاریخ اولین انتشار 11 آذر 1404