بررسي تجربي و عددي شكل‌پذيري بال با طول و زاويه پس‌گرايي متغير روي مشخصات آيروديناميكي يك پهپاد

Experimental and Numerical Study of a Variable-Span-sweep Morphing Wing on the Aerodynamic Characteristics of a UAV

در اين پژوهش، طرح شكل‌پذيري روي بال يك پهپاد به‌صورت تجربي و عددي موردمطالعه قرارگرفته است. شكل‌پذيري بال با طول و زاويه پس‌گرايي متغير انجام‌گرفته كه در آن مساحت و ضريب منظري با حفظ ساختار كلي بال تغيير مي‌يابد. نتايج عددي با استفاده از نرم‌افزار فلوينت و داده‌هاي تجربي از تست تونل باد سرعت پايين در سرعت‌هاي 50، 60 و 70 متر بر ثانيه به‌دست‌آمده است.‌ ميزان تغيير طول و تغيير زاويه پس‌گرايي مدل بال شكل‌پذير نسبت به بال پايه، به ترتيب 10 سانتي‌متر (30درصد) و 12 درجه (36 درصد) مي‌باشند. نتايج به‌دست‌آمده از اين بررسي نشان‌دهنده بهبود ويژگي‌هاي آيروديناميكي بال شكل‌پذير نسبت به بال پايه مي‌باشد، اين مسيله به فرم كاهش پساي القايي و افزايش راندمان آيروديناميكي ظاهرشده است. طبق نتايج تجربي و عددي به دست امده براي بال شكل‌پذير نسبت به بال پايه، مداومت پروازي به ترتيب 6/13 و 5/13 درصد و برد پروازي به ترتيب 85/8 و 17/8 درصد افزايش داشته است. مطالعات تجربي و عددي انجام‌شده نشان مي‌دهد كه بيشترين تغيير راندمان آيروديناميكي مدل شكل‌پذير نسبت به مدل پايه به ترتيب 8/13 و 7/13 درصد بوده كه در زاويه حمله 6 درجه و سرعت 70 متر بر ثانيه اتفاق مي‌افتد. در اين تحقيق همچنين نشان داده‌شده كه چگونه مي‌توان از طرح بال شكل‌پذير با طول متغير به‌عنوان يك روش جايگزين براي كنترل حركات غلتش به‌جاي روش كنترل غلتش سنتي (سطوح كنترل شهپر) استفاده نمود.

In this research, experiment and computational fluid dynamics (CFD) are used to assess the performance of UAV with variable-span and sweep morphing wing under low speed conditions. Both wing area and aspect ratio are changed due to variations in span and sweep, whereas structure of the variable-span and sweep morphing wing remains constant. In this study, the numerical results of Fluent software and experimental data are presented. Results are achieved under a low wind speed (50, 60 and 70 m/s). In this case, full extension represents a 30% (10 cm) increase in wing span and 36% (12 deg.) in sweep angle relative to the original wing, with no extension. The results of this study show that the morphing wing is capable to improved aerodynamic efficiency, increased both range and endurance, reduced induced drag and in general reduced thrust required. According to experimental and numerical results, the use of morphing wing can increase the range by 13.6% and 13.5%, also, endurance of the vehicle by approximately 8.855 and 8.17%, respectively. The results of this study show that the maximum value of lift-to-drag ratio occurred at 6 degrees angle of attack and a speed of 70m/s. These results demonstrate that the use of morphing wing improve the lift-to-drag ratio by 10% compared to original wing. Finally, the numerical simulations are compared and show good agreement with the experimental results. This research also showed how morphing concept can be used as an alternative method for roll control instead of the traditional method of roll control (Aileron control surfaces).