فناوری در مهندسی هوافضا

فناوری در مهندسی هوافضا

محاسبه ضرایب آیرودینامیکی هواپیما در مواجهه با مایکروبرست با استفاده از رویکرد بارگذاری چند نقطه‌ای

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 مکانیک پرواز و کنترل، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2 دانشیار، گروه مکانیک پرواز و کنترل، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
در سیستم حمل و نقل هوایی، مایکروبرست یک پدیده جوی خطرناک و تهدیدآمیز برای یک هواپیما در ارتفاع پایین به ویژه در مراحل نشست و برخاست محسوب می­ گردد. به منظور تحلیل دقیق عملکرد دینامیکی هواپیما در حین مواجهه با مایکروبرست لازم است اثرات باد متغیر علاوه بر مرکز جرم به سطوح بال و دم نیز اعمال گردد. بنابراین مدل بارگذاری چند نقطه ­ای مزیت قابل توجهی در مقایسه با مدل­ های آیرودینامیکی یکپارچه مورد استفاده در تحقیقات اخیر ارائه می ­دهد؛ زیرا امکان بارگذاری میدان باد مایکروبرست را در هر موقعیت از پیکره بندی بال و دم هواپیما فراهم می­ آورد. در این مدل یک بازنویسی در محاسبه نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی حاصل شده است که با انتگرال­گیری تابع بار متغیر مایکروبرست توزیع شده روی هر سطح هواپیما میسر می­ گردد. این الگوریتم به گونه­ای عمل می­ کند که با حل معادلات شش درجه آزادی هواپیما موجب به روز رسانی ضرایب آیرودینامیکی هواپیما حین نفوذ در قیچی­ باد می­ گردد. نتایج بدست آمده از مدل چند نقطه ­ای و مدل تک نقطه ­ای به منظور مقایسه­ در مجاورت یکدیگر قرار داده شده ­اند که تفاوت ­های شایانی در ضرایب آیرودینامیکی نیرویی و گشتاوری ارائه نمودند. با توجه به عدم امکان تست پرواز در میدان بادی خطرناک مایکروبرست به هدف استخراج داده ­های تجربی مناسب، اعتبارسنجی روش بارگذاری چند نقطه ­ای با بهره­ مندی از روش­ های عددی معتبر و نوین صورت می ­پذیرد. ابتدا تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی در زمان­ های معین طی پرواز و سپس مدل چهار نقطه­ ای اتکین به منظور ارزیابی عملکرد دینامیکی هواپیما برای این هدف به کار گرفته می­ شود. مطابق نتایج بدست آمده، اعتبارسنجی مدل چند نقطه ­ای با یک اختلاف قابل قبول مورد تایید واقع گردید.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Computing Aerodynamic Coefficients of Aircraft in Microburst Using Multi-point Loading Methodology

نویسندگان English

Ali Pourmoradi 1
Mehdi Sabzehparvar 2
1 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Microbursts pose a severe hazard to aircraft operating at low altitudes, particularly during takeoff and landing phases in aviation. To precisely evaluate an aircraft's dynamic response within a microburst, it is critical to apply variable wind loads not only to the center of gravity but also across the wing and tail surfaces. Consequently, the multi-point model exhibits clear advantages over traditional aerodynamic models employed in recent studies. This approach involves recalculating aerodynamic forces and moments through integration of the non-uniform, spatially varying microburst wind load function over each surface. The method facilitates real-time updates to aerodynamic coefficients by resolving the aircraft's six degree of freedom equations of motion amid temporally and spatially evolving wind shear. Simulations comparing multi-point and single-point models revealed substantial disparities in aerodynamic force and moment coefficients. Given the risks associated with flight testing aircraft in actual microbursts, hazardous maneuvers are precluded to acquire validation data experimentally. Accordingly, the proposed model is verified using advanced numerical techniques, including Computational Fluid Dynamics analyses at selected flight instants as well as Etkin’s four points model to assess the aircraft’s dynamic performance. Results affirmed the multi-point loading approach with an acceptable margin of error.

کلیدواژه‌ها English

Microburst
Windshear
Multi-point model
Single-point model
Computational fluid Dynamics

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

  • تاریخ دریافت 23 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 01 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 11 آذر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 11 آذر 1404