عامر الدرابسه يكتب :السيطرة على سطح تدفق دوامة الطائرات فوق الصوتية القابلة للمناورة

جهينة نيوز -

نطاق السرعة ، من سرعات دون سرعة صوتية صغيرة ، عبر صوتية ، إلى سرعات تفوق سرعة الصوت في مجموعة واسعة من زوايا الهجوم والانزلاق ، حتى القيم فوق الحرجة. لكل جيل جديد من الطائرات متطلبات أولوية مختلفة تهدف إلى كسب التفوق الجوي. على وجه الخصوص ، يتم فرض متطلبات القدرة على المناورة الفائقة على مثل هذه الطائرات ، مما يعني ، بدوره ، خروج الطائرة عند زوايا هجوم قريبة أو فوق الحرجة. مع تحسن المعدات العسكرية ، هناك توسع في زوايا الهجوم المسموح بها ، والتي يتحقق فيها استقرار الطائرات والتحكم فيها ، وهو أمر مهم للغاية في القتال عن قرب.

عندما تصل الطائرة إلى زوايا هجوم قريبة من فوق الحرجة ، يتم تحديد استقرار الطائرة وإمكانية التحكم فيها إلى حد كبير من خلال خصائص تدفق الدوامة من عناصر التكوين الديناميكي الهوائي (الأنف ، وتدفق الجذر الأمامي ، ووحدات التحكم في الأجنحة) ، أي ظاهرة انفجار الدوامات ، وتحريك نقطة تدميرها إلى أعلى مع زيادة في زاوية الهجوم ، كسر غير متماثل أثناء الانسياب الماضي مع الانزلاق ، وكذلك تفاعل هياكل الدوامة مع بعضها البعض ومع عناصر الطائرة ، على سبيل المثال ، الريش الرأسي والأفقي.

في مرحلة التصميم الأولي للتكوين الديناميكي الهوائي ، هناك العديد من المشاكل المرتبطة بحقيقة أن جميع ضوابط الطائرات الرئيسية تفقد فعاليتها عندما تصل إلى زوايا كبيرة من الهجوم ، والتي ترتبط بظاهرة التمزق وظاهرة تدمير الدوامات. فيما يتعلق بالزيادة في الزوايا المسموح بها للهجوم أثناء الرحلة ، فإن المشكلة تكمن في إنشاء أنظمة مبتكرة للتحكم في تدفق الدوامة حول الطائرات المناورة من أجل تحسين خصائص طيرانها. لحل هذه المشكلة ، من الضروري ، من بين أمور أخرى ، إجراء دراسات التصميم باستخدام الأساليب الحديثة للديناميكا الهوائية الحسابية.

في إجراء الحسابات العددية ، هناك مشكلة أخرى مرتبطة بدقة تحديد الخصائص الديناميكية الهوائية عند زوايا كبيرة من الهجوم.

لحل المهام في هذا العمل ، يتم إجراء كمية كبيرة من الدراسات الحسابية والتجريبية للتكوين الديناميكي الهوائي الموضوعي ، وهو أمر نموذجي للطائرات المناورة الحديثة والواعدة بسرعات منخفضة (M = 0.15) ومعتدلة (M = 0.6) في مجموعة واسعة من زوايا الهجوم والانزلاق.

في عدد من المقالات حول المواضيع المتعلقة بتدفقات الدوامة عند زوايا كبيرة من الهجوم ، يتم التعبير عن رأي حول عدم قابلية تطبيق نماذج الاضطراب RANS (متوسطات نافير ستوكس بمتوسط رينولدز) لتحديد الخصائص الديناميكية الهوائية في هذه الأوضاع. تظهر هذه الورقة أن هذا البيان غير صحيح.

تعتبر مناهج حل الدوامة (DNS - المحاكاة العددية المباشرة ، LES - محاكاة الدوامة الكبيرة ، DES - محاكاة الدوامة المنفصلة) القائمة على حل الدوامات المضطربة الفردية باهظة الثمن. على سبيل المثال ، يتطلب نهج DNS حل الشبكة حتى مقياس كولموجوروف ، وفي نهج DES ، في منطقة تدفق الدوامة غير المتصلة ، يجب أن تقع خلية الشبكة الحسابية في النطاق القصوري من طيف اضطراب كولموغوروف أوبوخوف. بالإضافة إلى ذلك ، تستند هذه الأساليب على الحل العددي للمعادلات غير الثابتة.

في مرحلة التصميم الأيروديناميكي الأولي ، عندما يتم تحديد المعلمات الهندسية الأساسية للطائرة ، الضوابط ، والتي تنطوي على عدد كبير من الحسابات العددية للبحث عن حلول فنية جديدة ، من المستحيل بشكل أساسي استخدام هذه الأساليب.

لتحديد الخصائص الديناميكية الهوائية المتوسطة في الحسابات العددية ، تم استخدام نموذج الاضطراب ذي معادلتين من k-th SST نظرًا لأنه يتم تحديده من خلال معادلتين تفاضليتين إضافيتين لنقل الطاقة الحركية للاضطراب ومعدل تبديد الطاقة الحركية للاضطراب ، معبرًا عنه من حيث التردد المميز للنبض المضطرب إلى رئيسيين ، وهو ما يتوافق مع مبادئ التدفقات المضطربة - إنتاج الاضطراب وتبديده. ومع ذلك ، لا ينطبق نموذج الاضطراب هذا على حسابات تدفق الدوامة ، لأنه يشوه بشدة قيم معلمات التدفق في المناطق التي يوجد بها انحناء كبير في الانسيابات ، مما يؤدي إلى وضع مشوه إلى حد كبير من انفجار هياكل الدوامة ، مما يؤدي إلى تحديد غير دقيق للخصائص الديناميكية الهوائية. لهذا السبب ، استخدمنا إجراء التصحيح لنموذج الاضطراب هذا ، والذي يتمثل في تعديل التعبيرات التي تحدد إنتاج المعلمات المضطربة في المعادلات التفاضلية المقابلة لـ k و s. هذا النموذج من الاضطراب مع إجراء لتصحيح انحناء خطوط الانسياب جعل من الممكن الحصول على اتفاق مذهل بين نتائج الحساب والبيانات التجريبية التي أجريت في نفق الرياح في مجموعة واسعة من زوايا الهجوم والانزلاق. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء مقارنات في موقع انفجار الدوامة اعتمادًا على زاوية الهجوم على جناح مثلث رفيع في زوايا الهجوم فوق الحرجة ، وتم الحصول على عدم الخطية اعتمادًا على حركة نقطة انفجار الدوامة على طول زاوية الهجوم ، التي لوحظت في التجربة.

السبب في التنسيق الدقيق للخصائص الديناميكية الهوائية المحسوبة مع الخصائص التجريبية هو أن ظاهرة انفجار الدوامة ، التي تؤثر بشدة على الخصائص الديناميكية الهوائية الطولية والجانبية ، وسلوكها اعتمادًا على زاوية الهجوم والانزلاق ، تم تصميمها بشكل صحيح.

أيضا ، تم إجراء مجموعة من الدراسات الحسابية والتجريبية لتطوير أدوات تقنية مبتكرة للتحكم في تدفق الدوامة وتم تحديد المناطق التي تؤثر إلى أقصى حد على خصائص تدفق الدوامة - ظاهرة الانفجار والتداخل في هياكل الدوامة. يتم النظر في المواضع المختلفة للوحات الأنف ، وزوايا امتدادها ، والذيل الأفقي الأمامي المثبت على الأنف الزعانف للنموذج ، واللوحات الصغيرة المثبتة على الحافة الخلفية للجناح المائل المتعامد مع التدفق. وقد وجد أن هذه الوسائل التقنية تؤثر بشدة على الخصائص الديناميكية الهوائية بسبب التغيرات في هيكل تدفق الدوامة. تحلل الورقة التغييرات في هيكل التدفق.

وتجدر الإشارة إلى أن نتائج العمل تستخدم في قيادة مكاتب التصميم التجريبية في تصميم الطائرات الواعدة.