شبيه‌سازي عددي سه بعدي بال غشايي با استفاده از روش اندركنش سيال با سازه (FSI)

Three-Dimensional Numerical Simulation of a Membrane Wing Using the Two-Way Fluid Structure Interaction Approach

در اين پژوهش روش كوپل دو طرفه) اندركنش دو طرفه سيال با سازه ( براي شبيه‌سازي بال غشايي مورد مصرف در هواپيماهاي فوق سبك ارائه شده است. به اين منظور، مدلسازي عددي توسط نرم افزار Ansys و با استفاده از دو حلگر مجزا يكي براي سيال و ديگري براي سازه انجام گرفته است. برخلاف روش يك طرفه، در روش كوپل دو طرفه تغيير شكل بال غشايي در هر گام زماني مورد توجه قرار مي‌گيرد كه باعث افزايش دقت شبيه سازي ‌مي‌گردد. بال غشايي از پوشش پارچه روي پلن ناكا 2418 ساخته شده است. پارچه ارتوتروپيك و غير متخلخل در نظر گرفته شده است. تاثير زاويه حمله، مدول يانگ و ضخامت نمونه، روي ضرايب آيروديناميكي و تغيير شكل بال غشايي بررسي و شبيه سازي‌ها در عدد رينولدز105 1× انجام شد. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش مدول يانگ، باعث افزايش 18 درصدي ضريب برآ و كاهش 75 و 78 درصدي حداكثر جابجايي بال غشايي در جهت X و Y مي‌گردد. افزايش ضخامت نيز، باعث كاهش 85 و 80 درصدي حداكثر جابجايي بال غشايي در جهت X و Y شد.

In this study the strongly coupled method (two-way fluid structural interaction (FSI)) is presented to simulate the membrane wings used in ultralight aircraft. In the present study, numerical modeling is performed by commercial software ANSYS using two separate solvers one for fluid and one for structure. Unlike the one-way method, the two-way coupled method, membrane wing deformation is considered at each time step, which increases the accuracy of the simulation. The membrane wings are made of fabric covering on the naca 2418 plan. fabric is considered to be orthotropic and non-porous. Influence of angle of attack, Young's modulus and thickness of fabric on the aerodynamic coefficients and membrane wing deformation were investigated. All simulations were performed at Re=100000. The results show that increasing the Young’s modulus from 180.25 to 270 MPa reduces the maximum membrane displacement in X and Y direction by 81% and 78%, respectively. Increasing the fabric thickness from 0.4 to 0.6 mm also reduced the maximum displacement of the membrane wings in the X and Y directions by 85 and 80%, respectively.