استفاده از ايرفويل هاي منيفلد پايه در بهبود عملكرد آيروديناميكي پهپادهاي بال ثابت

بدون ترديد، صنعت هوانوردي به عنوان يكي از زيرساخت‏هاي توسعه و تأثير گذارترين گزينه در حوزه صنعت دفاعي و يكي از عوامل محرك بخش توليد در فرآيند توسعه پايدار محسوب مي گردد. به همين سبب، اين صنعت كليدي، همواره كانون توجهات برنامه‏ريزان و مسئولان كشور بوده است. نظر به اينكه افزايش نيروي برآ در پهپادهاي بال ثابت، به دليل نقش اجتناب ناپذير آن در افزايش عملكرد پرنده در فازهاي مختلف پروازي شامل برخاست، كروز و فرود، چالش اصلي مهندسين و طراحان هواپيما در چندين دهه بوده است؛ موضوع محوري پژوهش حاضر، به ارتقاي هندسه ايرفويل ها، به ساختار منيفلدهاي ديفرانسيل پذير مجهز به متريك ريماني، به منظور بهبود عملكرد آيروديناميكي پهپادهاي بال ثابت اختصاص يافته است. در اين راستا، در اين مقاله به بررسي جامع ارتقاي ساختار هندسي ايرفويل هاي پهپادهاي بال ثابت، از خم هاي چند جمله اي مانند خم هاي بي زير و بي اسپلاين و ... به منيفلدهاي ديفرانسيل پذير و تأثير آن در بهبود عملكرد آيروديناميكي پرنده پرداخته مي شود. نظر به چالشهاي موجود در خصوص محل ساخت فرودگاههاي نظامي و شهري، كوتاه بودن مسافت برخاست از پارامترهاي بسيار حائز اهميت در مرحله طراحي مفهومي محسوب مي گردد. در اين راستا، با توجه به نقش اساسي بال در توليد نيروي برآ و پساي پرنده، بهينه سازي عملكرد ايرفويل ها، يكي از مهمترين موضوعات پژوهشي در علوم هوافضا و به ويژه شاخه آيروديناميك مي باشد. يكي از روش هاي كنترل جريان غيرفعال به منظور بهبود راندمان آيروديناميكي انواع بال ها و ايرفويل ها، استفاده از گارني فلپ مي باشد. در واقع، حضور اين زائده عمود بر جريان در انتهاي ايرفويل، موجب مي گردد كه در مقابل آن و زير ايرفويل يك گردابه و در پشت آن دو گردابه توليد شود. شايان ذكر است كه گردابه موجود در زير ايرفويل، طبق اصل جاكوفسكي به تنهايي منجر به افزايش برآ در بال شده و به علاوه، يك ممان پيچشي منفي نيز به ايرفويل وارد شود. همچنين، دو گردابه موجود در پشت گارني فلپ نيز، سبب تغيير شرط كوتا در لبه فرار شده و به علت ايجاد ناحيه كم فشار، جريان را در در انتهاي ايرفويل مكش كرده و موجب ايجاد چسبندگي بيشتر در اين ناحيه مي شود. لذا، اين پديده را مي توان يكي از دلايل عمده افزايش برآي ايرفويل با بكارگيري گارني فلپ برشمرد. با توجه به تحقيقات پيشين، استخراج هندسه بهينه براي گارني فلپ به منظور بهبود ضريب برآي ايرفويل، نقش بسيار حائز اهميتي دارد. لذا، پژوهش حاضر بر بهينه سازي هندسه يك ايرفويل مجهز به گارني فلپ با هدف بهبود عملكرد آيروديناميكي بال و به تبع آن كاهش مسافت برخاست متمركز شده است. بدين منظور، در اين پژوهش، از ساختار منيفلدهاي ديفرانسيل پذير در طراحي هندسه ايرفويل استفاده خواهد شد. بدين معنا كه براي توليد ايرفويل با سطحي هموار و پيوسته، خم هاي بي زير همبند را در قالب يك منيفلد هموار مجهز به متريك ريماني، مدل سازي خواهيم كرد كه منجر به افزايش كارايي آيروديناميكي ايرفويل حاصل شده خواهد شد. بديهي است كه يكي از پيامدهاي بهينه سازي مذكور، كاهش هزينه عملياتي است كه عمدتاً از طريق كاهش مصرف انرژي و افزايش زمان پرواز محقق خواهد شد.