بررسي و شبيه‌سازي عددي اثرات شكل‌هاي هندسي مختلف نوك پره اصلي بالگرد بر ضرايب آيروديناميكي و جريان‌هاي چرخشي حول روتور

Numerical investigation of different helicopter main blade tip geometry on aerodynamic coefficients and rotor vortical effects

در اين مقاله، اثرات شكل‌هاي هندسي مختلف نوك پره روتور اصلي بالگرد در پرواز ايستا، از ديدگاه آيروديناميكي مورد بررسي و تحليل قرار مي‌گيرند. براي اين منظور به موضوع ضرايب آيروديناميكي، جريان‌هاي چرخشي و دنباله‌هاي گردابي ناشي از نوك پره‌هاي روتور پرداخته مي‌شود. فرآيند شبيه‌سازي عددي با نرم‌افزار فلوئنت و به ‌روش حجم محدود ضمني انجام شده است. شبكه‌هاي مورد استفاده به ‌صورت باسازمان مي‌باشند. اعتبارسنجي با نتايج تجربي كارادونا و تانگ انجام شده است. در اين تحقيق جريان آشفته، تراكم‌پذير و لزج مي‌باشد. باتوجه به نوع خاص جريان براي انتخاب مدل آشفته در نرم‌افزار فلوئنت، نتايج مدل‌هاي مختلف (رنس) براي يك روتور معروف با يكديگر مقايسه و درنهايت مدل آشفتگي k-ε استاندارد براي شبيه‌سازي روي روتورهاي مورد نظر انتخاب شده است. براي حل عددي معادلات حاكم بر جريان روش بالادست (رو) با دقت مرتبه دوم در نظر گرفته شده است. سپس سيزده مدل روتور با شكل‌ها هندسي مختلف نوك پره ارائه شده و نتايج مدل‌ها با يكديگر مقايسه شده‌اند. اين بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه اگر افزايش ضريب پيش‌ران مهم باشد، ضريب پيش‌ران پره‌هاي برپ 4، يوروكوپتر لبه آبي، نوك اكچوال، بالگرد بل-214 و برپ 3 نسبت به پره مستطيلي افزايش و اگر كاهش ضريب گشتاور مورد توجه باشد، ضريب گشتاور پره‌هاي بالگرد ميل-17، سيكورسكي RH-53D، نوك مخروطي، بالگرد بل-412، سيكورسكي SH-3D و كومانچي RAH-66 نسبت به پره مستطيلي كاهش يافته و براي پره‌هاي برپ 3 و 4، نوك اوجي و بالگرد بل-214 بيشتر شده است.

In this article, the effects of helicopter main rotor blade tip geometric shapes on the aerodynamic of hover flight are analyzed. Aerodynamic coefficients, vortical flows and vortex wakes are discussed. Fluent software with implicit finite volume method has been used for numerical simulation process. The grids are structured. Experimental results of the Caradonna and Tung have been used for aerodynamic validations. In this investigation, the flow has been considered turbulent, compressible, and viscous. The results of several RANS models for a specific rotor have been compared and the standard k-􀄰 turbulent model is finallyselected. The Roe method with second order scheme was selected. Thirteen different geometrical shapes on the tip of the blades have been presented and the results of the models have been compared. These studies show that the blades of BERP IV, Blue edge, Actual, Bell-214 and BERP III produce maximum thrust and MIL-17, Sikorsky RH-53D, Tapered, Bell-412, Sikorsky SH-3D and ComancheRAH-66 produce minimum torque and also the blades of BERP III and IV, Ogee and Bell-214 produce maximumtorque.