بهينه‌سازي آيروديناميكي و پايداري افزونه تصحيح مسير ترابرپذير پرتابه دوچرخشه مافوق صوت

Aerodynamic and Stability Optimization of Portable Trajectory-Correction Extension for Dual-Spin Supersonic projectile

در پژوهش پيشرو، يك افزونه جديد ترابرپذير كه قابليت نصب بر روي پرتابه‌هاي دوچرخشه را دارد؛ با رويكردي عددي طراحي و بهينه‌سازي شده است. همچنيناثرات آيروديناميكي و پايداري ديناميكي اين افزونه به‌گونه‌اي بررسي شد كه با افزايش عملكرد آن، امكان اصلاح مسير پرتابه توسط افزونه‌ي بهينه، فراهم شود. شايان‌ذكر است كه در روند شبيه‌سازي‌ها، مدل آشفتگي كا-اپسيلون به‌منظور دست‌يابي به اهداف اين تحقيق، در نظر گرفته‌شده است. اين افزونه در قسمت غير چرخان با چهار كاناردمنجر به افزايش ضريب گشتاور و در نتيجه تصحيح مسير پرتابه مي‌شود. ابتداي امر، به‌منظوردست‌يابي به پارامترهاي طراحي، شبيه‌سازي‌هاي مختلفي صورت پذيرفت و اثرات پارامترهاي گوناگون بر آيروديناميك و پايداري پرتابه مورد مطالعه قرارگرفته است. در همين راستا،مطابق با شرايط واقعي در ماخ‌هاي 2 تا 3 و در زوايايحمله 0 و 2 درجه،شبيه‌سازي پرتابه با افزونه جديد صورت پذيرفت. در ادامه، نتايج حاصله با جريان حول پرتابه بدون افزونه مقايسه گرديد؛ سپس با تعيين پارامترهاي طراحي و تابع هدف مختلف از جنبه آيروديناميكي و پايداري، بهينه‌سازي اين افزونه‌ي داراي كانارد، بحث و بررسي شد. در انتها، با استفاده از روش پاسخ سطح براي توابع پاسخ متفاوتي همچون پايداري ديناميكي و ژيروسكوپيكي در فاز ابتدايي و قدرت چرخش در فاز نهايي، مدل‌سازي و بهينه‌سازي براي نمونه مورد نظر صورت پذيرفت. يافته‌هاي حاصله از پايداري پرتابه با افزونه بهينه‌شده جديد نشان از قابليت‌هاي آيروديناميكي بسيار خوب افزونه‌‌يبهينه‌شده، دارد. اگرچه افزونه جديد منجر به افزايش جزئي در ناپايداري پرتابه خواهد شد؛اماكماكان شروط پايداري به‌طور كامل ارضا مي‌شود و مي‌توان از اين افزونه جديد ترابرپذير در پرتابه‌هاي دوچرخشه بسيار بهره برد.

In this paper, a new portable plugin extension has been designed and optimized, which can be installed on dual-spin projectiles. The aerodynamic and dynamic stability effects of this plugin extension have been investigated in such a way that byincreasing its performance, it is possible to modify the projectile path by the optimal extension. This portable device with four canards mounted on the projectile's non-rotating part can increase the torque coefficient and correct the projectile path. Initially, to achieve the design parameters, various simulations were performed, and the effects of several parameters on the aerodynamics and stability of the projectile were studied. Adjusting to real conditions of Mach 2 to 3 and at the attack angles of 0 and 2 degrees, the projectile was simulated with the new add-on, and the results were compared with that of the projectile without any extensions. By defining the design variables and objective functions in terms of aerodynamics and stability, the optimization of this plugin extension with canard was investigated by the response surface method (RSM). In the first phase of optimization, dynamic and gyroscopic stabilities were mentioned as response functions, and rotational power was chosen in the next phase of the study. As a result, the projectile's stability was investigated with a new optimized extension, and the optimum add-on system displayed excellent aerodynamic capabilities. Although the new plugin device leads to a slight increase in the projectile instability, the stability conditions are still fully met, and the optimized plugin extension can be used in dual-spin projectiles.