طراحي آيروديناميكي شبه سه‎بعدي مجراي ورودي هواي S شكل با استفاده از روش طراحي معكوس

Quasi-Three-Dimensional aerodynamic design of S-shaped air intake using inverse design method

يكي از روش‌هاي طراحي آيروديناميكي مجاري داخلي S-شكل، روش طراحي معكوس مي‌باشد. در اين گونه مسايل، هندسه ديواره‌ها، مجهول و توزيع فشار در راستاي آن ها، معلوم است. براي اين منظور از يك روش جديد طراحي معكوس به نام ريسمان انعطاف پذير براي طراحي معكوس مجراي S-شكل استفاده مي‌شود. در اين روش، ديواره‌هاي مجهول مجرا تحت الگوريتمي بر مبناي حركت ريسمان انعطاف-پذير، از يك حدس اوليه تا رسيدن به هندسه نهايي و متناظر با توزيع فشار هدف، تغيير شكل مي‌دهند. در طراحي سه‌بعدي، فرآيند طراحي مجرا با يك طراحي دوبعدي شروع مي‌شود. در ابتدا با توجه به عدد ماخ پروازي پرنده، با تركيب كد طراحي معكوس و حل‌كننده جريان اويلري، طراحي دوبعدي اوليه ورودي هواي S-شكل بدون درنظر گرفتن اثرات دماغه موتور صورت مي‌گيرد. در مرحله دوم با درنظر گرفتن مقاطع به شكل دايروي، بيضوي و لوبيايي، مجراي دوبعدي به مجراي سه‌بعدي تغيير داده مي‌شود. در نهايت با عبور يك جريان آشفته سه‌بعدي مجراي طراحي شده مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. مطالعه عددي نشان مي‌دهد كه علي رغم نسبت بالاي ارتفاع به طول مجرا، جدايش جريان در مجرا وجود ندارد و يكنواختي جريان در خروجي مجرا كاملا رضايت بخش است.

Inverse design is one of the design methods of aerodynamic ducts such as S-duct intakes. In these problems, the geometry of the duct is unknown but the pressure distributions along the walls are given. In this paper, a new inverse design method called “flexible string method” is introduced. In this method, the duct walls are modified from initial guess to final shape based on the flexible string movement algorithm according to pressure distribution. In 3D design, the duct design process starts with a 2D one. At first step, a 2D Jet-Engine S-shaped air intake considering flight mach number is designed using the inverse design method based on an Euler flow solver (with no considering the jet nose engine effects). At the second step with considering duct sections like circle, ellipse and bean the 2D duct is modified to obtain the 3D duct. Finally, it is validated by analyzing the duct flow in 3D turbulent regime. The numerical studies show in spite of severe height change with respect to duct length, there is no separation in the duct and the uniformity of flow at the duct exit is completely satisfactory.