شبيه‌سازي آيروديناميكي هواايست تاكتيكي و استخراج ضرايب استاتيكي طولي

Aerodynamic Simulation of a Tactical Aerostat and Evaluating the Longitudinal Static Coefficients

در مقاله حاضر شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي سامانه هواايست تاكتيكي ارائه شده و ضرايب استاتيكي طولي سامانه استخراج شده است. در اين شبيه‌سازي از نرم افزار فلوئنت و مدل توربولانسي اسپالارت-آلماراس استفاده شده است. ابتدا به منظور صحه‌سنجي مدل توربولانسي و روش عددي بكار رفته، شبيه‌سازي بدنه‌ي يك كشتي‌ هوايي انجام شده و ضريب درگ در زاويه حمله‌ي صفر درجه با نتايج دو مقاله‌ي معتبر مقايسه شده است كه نشان‌دهنده تطابق بسيار مناسب نتايج بدست آمده با مراجع است. سپس شبيه‌سازي هواايست طراحي شده در زاويه‌ حمله‌هاي 10- تا 30 درجه انجام شده و كانتورهاي فشار، Y+ و خطوط جريان سيال در زواياي حمله مختلف ارائه شده است. همچنين ضرايب آيروديناميك استاتيكي طولي سامانه براي دو سرعت 5 و 20 متر بر ثانيه استخراج شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه ضرايب آيردويناميك در دو سرعت مختلف بسيار به هم نزديك است و ضريب ممان پيچشي حول دماغه‌ي بالن كاملاً داراي شيب منفي است كه نشان دهنده‌ي پايداري سامانه است. در نهايت ممان پيچشي سامانه‌ي طراحي شده با ممان دو هواايست امريكايي و كره‌اي مقايسه شده است. شيب نمودار ممان پيچشي نسبت به زاويه حمله در بالن طراحي شده نسبت به سامانه‌هاي مذكور بيشتر است كه نشان دهنده‌ي پايداري بيشتر سامانه طراحي شده است.

In this paper, the computational fluid dynamics simulation of a tactical aerostat is conducted and the longitudinal static coefficients of the aerostat are evaluated. In this simulation, Fluent software and Spalart- Allmaras turbulent model are used. First, in order to validate the numerical method and the applied turbulent model, a famous airship hull is simulated and the drag coefficient at zero angle of attack is compared with the references and the CD0 is in very good agreement with references. Then, the designed aerostat is simulated in the angle attack of )-10 to 30( degrees then the pressure, Y+ contours and the streamlines around the aerostat are presented. Furthermore, the aerodynamic longitudinal coefficients are calculated for 5 and 20 m/s. The results show that the aerodynamic coefficients do not vary significantly with the change of velocity and the pitch moment coefficient about the nose of the designed aerostat has a negative slope. Finally, Comparing the pitch moment coefficient of the designed aerostat with two American and Korean aerostats indicate that, the designed aerostat has more static stability.