نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• سمانه زرگر ¹
• محمد حسن جوارشکیان ²

¹ گروه مکانیک، دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

² استاد تمام گروه مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این تحقیق، رشد یخ روی بال پهپاد بدون بالک و با بالک راکتی و تأثیرات آنها بر روی ضرایب آئرودینامیکی در اعداد رینولدز پایین توسط یک روش عددی بررسی شده است. پیکربندی بال به صورت مستطیلی بوده و از سطح مقطع ناکا 0020 استفاده و شبیه‌سازی‌ها با روش عددی مبتنی بر روش حجم محدود، الگوریتم فشار مبنا و اسکیم بالادستی مرتبه دو برای محاسبه شار همرفتی انجام شده‌اند. در روش عددی مذکور جریان به صورت آشفته در نظر گرفته و از مدل آشفتگی اسپلارت آلماراس استفاده شده است. برای مدل‌سازی یخ از نرم افزار تجاری فنس‌اپ که سیستم شبیه‌سازی یخ به روش مدولار است، استفاده شده ‌است. شبیه‌سازی تجمیع یخ، فرآیندی دارای تکرار است که شامل محاسبات متوالی جریان هوا، مسیر قطرات آب، بازده جمع‌آوری و تعادل انتقال حرارت برای تعیین شکل یخ تجمع یافته است. محاسبات در عدد رینولدرز 5^10 ×34/2 در زاویه حمله 10 صورت گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که پروفیل یخ تولید شده روی لبه حمله بالواره به دلیل فرورفتگی‌های بالا و پایین توده یخ، باعث ایجاد یک جریان چرخشی در این ناحیه شده که باعث افزایش ضریب پسای فشاری و کاهش ضریب برآ نسبت به بال بدون یخ می شود. قرار دادن بالک راکتی روی بال با تغییر جریان هوا و کاهش مقاومت هوا از طریق کنترل گردابه‌های القایی که از نوک بال تولید می‌شوند، نیروی برآ را افزایش و نیروی پسا را کاهش داده و در نتیجه باعث افزایش سرعت جریان شده و در نهایت به کاهش میزان یخ زدگی بال کمک می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

• یخ‌زدگی بال
• بال مستطیلی
• تجمیع یخ"
• بالک"

موضوعات

• رادار/ترمودینامیک/انتقال حرارت/سوخت و احتراق/انرژی/...

عنوان مقاله [English]

Investigation of Ice Growth on a Rectangular NACA0020 Wing Without and With a Winglet and Their Effects on Aerodynamic Coefficients at Low Reynolds Numbers

نویسندگان [English]

• samane Zargar ¹
• Mohammad Hassan Djavareshkian ²

¹ Mech. Engg. Dept. Faculty of Engg. Ferdowsi University of Mashhad

² Full Professor, Department of Mechanics, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

چکیده [English]

The research investigates the growth of ice on the wing of a UAV, both with and without a winglet, and its effects on aerodynamic coefficients at low Reynolds numbers using a numerical method. The wing configuration is rectangular, employing the NACA0020 airfoil cross-section. Simulations were performed using a numerical method based on the finite volume method, a pressure-based algorithm, and second-order upwind scheme for convective flux calculation. Turbulent flow is modeled using the Spalart-Allmaras turbulence model. For ice modeling, the FENSAP-ICE commercial software, a modular ice simulation system, was utilized. The iterative ice accumulation simulation process includes successive calculations of airflow, water droplet paths, collection efficiency, and heat transfer balance to determine the shape of the accumulated ice. Calculations were conducted at Reynolds numbers of at an angle of attack of 10 degrees. Results indicate that the ice profile formed on the leading edge of the airfoil generates a swirling flow in this region due to depressions above and below the ice mass. This swirling flow increases the back pressure coefficient and decreases the drag coefficient compared to the wing without ice. Adding a winglet alters the airflow and reduces air resistance by controlling the induced vortices from the wingtip, thereby increasing lift and reducing drag. Consequently, the airflow speed increases, reducing ice accumulation and enhancing the aerodynamic efficiency of the wing.

کلیدواژه‌ها [English]

• wing icing"
• rectangular wing"
• Ice accretion"
• "
• winglet"