شبيه‌ سازي آيروالاستيك ايستايي يك بال در جريان گذر صوتي

Static Aeroelastic Simulation of a Wing in Transonic Flow

مدل‌ سازي دقيق ، امري ضروري براي سازه‌هاي طراحي شده در جريان گذر صوتي مي‌باشد. در اين پژوهش به شبيه‌سازي عددي پديده‌هاي آيروالاستيك به صورت استاتيكي براي سازه‌هاي تغيير شكل‌پذير در جريان گذر صوتي پرداخته مي شود. در جريان‌ گذرصوتي، ناپايداري‌هاي فراواني براي سيستم‌هاي آيروديناميكي به وقوع مي‌پيوندد. اين ناپايداري‌ها باعث غير خطي شدن محاسبات در محيط سيال و سازه مي‌شود. با توجه به گسترش روش‌هاي عددي و همچنين پيشرفت تكنولوژي، هزينه‌هاي محاسباتي كاهش يافته و لذا شبيه‌سازي با كيفيت بالا قابل دستيابي است. در اين مقاله شبيه‌سازي آيروالاستيك در جريان گذر صوتي (عدد ماخ 0.96) بر روي بال مرسوم آگارد 445.6 انجام شده است. اين شبيه‌سازي شامل تحليل‌ مودال، حل استاتيكي سيال و بررسي رفتار الاستيك سازه مي‌باشد. در قسمت اول با استفاده از تحليل مودال، چهار فركانس طبيعي اول و شكل مودهاي مربوطه با داده‌هاي مربوط به محققان قبلي مقايسه گرديد وهندسه‌ي مدل مورد ارزيابي قرار گرفت. در ادامه، با استفاده از حل يك‌طرفه استاتيكي، نيروهاي فشاري ايجاد شده در هنگام عبور سيال از روي بال، باعث ايجاد تغيير شكل در سازه مي‌شود. در بخش نتايج، ضرايب فشار اعمالي به سازه با يكديگر و همچنين با نتايج موجود شبيه‌سازي‌هاي محققان قبلي مقايسه شده و جابه‌جايي‌هاي اعمال شده توسط اين نيرو‌هاي فشاري نيز گزارش گرديد. همچنين با توجه به تغيير شكل‌هاي بوجود آمده بر روي سازه، ضرايب فشار براي هر مرحله محاسبه و گزارش گرديده است. در اين پژوهش با افزايش تعداد مراحل براي حل به صورت يك‌طرفه، جابه‌جايي‌ها كاهش يافته و سازه به پايداري استاتيكي خود نزديك شده است.

Precise modeling has great importance in systems which are designed to work in transonic regions. The scope of current investigation includes numerical simulation of static aeroelastic phenomena of deformable structures in transonic regimes. Transonic flow brings lots of instabilities for aerodynamic systems. These instabilities bring nonlinearity in flow and structure solvers. Due to improvements in numerical methods and also enhancement in computing technologies, computational costs are reduced and high-fidelity simulations are more applicable. Simulations in this paper are done in transonic flow (M = 0.96) on the benchmark wing AGARD 445.6. The procedure includes modal analysis, steady flow simulation and investigation of structure’s elastic behavior. At the first phase, the geometry model is validated by modal analysis with regard to comparison of first four natural frequencies and corresponding mode shapes. Then, a loose or staggered coupling is used to analyze aeroelastic behavior of the wing. In each simulation step, imposed pressure on the surfaces of the wing caused by transonic flow regime deforms the structure. In the results section, a comparison between imposed pressure coefficients in each step with the existing literature and experimental results is reported. Also, pressure coefficients in each step is calculated and reported. In this investigation by using multiple steps in oneway fluid-structure analysis, deformations are reduced in each step and, as a result, the structure reached its static stability point.