مدل سازي بارگذاري اغتشاشي ناشي از پديده بافتينگ و محاسبه نيرو و گشتاور خمشي حاصل بر پيكره حامل

Modeling of Buffeting Fluctuating Loading and Computing the Resulting Force and Bending Moment of the Aircraft

بافتينگ به ناپايداري آيروالاستيك فركانس بالايي گفته ميشود كه در سرعتهاي گذر صوتي روي ميدهد. هدف اصلي مقاله حاضر ارايه روشي جهت تعيين بارگذاري ناشي از اين پديده بر بدنه حامل مي‌باشد. براي اين منظور، ابتدا با اعمال تبديل فوريه، معادلات ارتعاشي حامل به حوزه فركانس برده شده است. سپس، هندسه حامل و نوع جريان اطراف آن مشخص شده است. در ادامه، براي هر كدام از اين جريان‌ها روابطي جهت پيش‌بيني چگالي طيف توان بارگذاري خارجي ناشي از پديده بافتينگ بر بدنه حامل با هندسه‌هاي مختلف، به‌كمك تركيب روشهاي تجربي و آماري ارايه شده است. با تعيين بارگذاري بافتينگ اطراف حامل در حوزه فركانس، گشتاور خمشي ايروالاستيك وارد بر بدنه حامل با درنظر گرفتن نوسانات ديناميكي بدنه و اعمال معكوس تبديل فوريه تعيين شده است. جهت محاسبه اين گشتاور نياز به تعيين ميرايي آيروديناميكي مي‌باشد كه روابطي تجربي با فرض جريان شبه پايا براي آن ارايه شده است. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه وقوع شوك در لحظه مشخصي از پرواز گشتاور خمشي زيادي بر بدنه حامل وارد مي‌كند كه از محاسبات استاتيكي بيشتر مي‌باشد. بنابراين، بررسي پديده بافتينگ جهت انجام پرتاب موفقيت‌آميز كاملاً ضروري به‌نظر مي‌رسد. روش ارايه شده در اين تحقيق مي‌تواند محدوده وسيعي از حامل‌ها را دربرگرفته و نياز به انجام آزمايش‌هاي وقت‌گير و هزينه بر را مرتفع سازد. صحت روبط و نمودارهاي ارايه شده با نتايج تجربي منابع گوناگون تاييد شده است.

Buffeting is a high frequency aeroelastic instability that occurs in transonic speeds. The main objective of this paper is to present a method for determining the loading caused by this phenomenon on the body of the vehicle. For this, vibration equations are transformed into frequency domain. Then, the vehicle’s geometry and the kind of flow around the vehicle have been identified and for each of these flows, formulations are presented to predict the power spectral density of the external loading due to the buffeting phenomena, using experimental and statistics methods. The applied aeroelastic moment on the vehicle was calculated by determining the buffeting loads around the vehicle in frequency domain. Aerodynamic damping, which is calculated using experimental relations and quasi-steady flow presumption, was used for this aim. The results show that shock wave can apply a huge torque on the body, which is more than that obtained by static calculations. Thus, investigation of buffeting phenomena is necessary to have a successful launch. The presented method could be used in a wide range of space vehicles without expensive experimental analysis. The results were verified by experimental data from other reliable resources.