طراحی و ساخت یک نمونه پرنده بدون سرنشین کواندا بهینه شده توسط کنترل لایه مرزی و تحلیل و مقایسه نتایج با روش های عددی

چکیده طراحی و ساخت یک نمونه پرنده بدون سرنشین کواندا بهینه شده توسط کنترل لایه مرزی و تحلیل و مقایسه نتایج با روش های عددی هنگامی که جریان جتی از سیال یا گاز، در مجاورت یک سطح محدب عبور می کند، به طور طبیعی تمایل دارد که به آن سطح بچسبد و مسیر آن سطح را دنبال کند. از آنجا که بین سیال در حال حرکت و سیال ساکن ویسکوزیته وجود دارد، سیال ساکن محیط، به درون جریان در حال حرکت کشیده می شود و در مسیر جریان افت فشاری ایجاد می گردد، این اختلاف فشار تولید نیروی برآ می کند. این اثر پدیده کواندا نام دارد که توسط مهندس رومانیایی، هنری کواندا در سال 1910 کشف شد. اثر کواندا در افزایش نیروی برآ در وسایل نقلیه هوایی به خصوص در نسل جدید پرنده های بدون سرنشین عمود پرواز، معروف به عمود پرواز کواندا نقش اساسی دارد. این پرنده به گونه ای طراحی شده که اثر کواندا در آن سبب تولید نیروی برآ می شود. اثر کواندا پدیده ای گریزان است که به عوامل مختلفی از جمله جنس سطح، چگالی هوا، هندسه سطح و سرعت جت سیال بستگی دارد. اگر پارامترها به خوبی تنظیم شوند نیروی برآی بالایی ایجاد می گردد و اگر به خوبی تنظیم نشوند، جریان دچار جدایش شده و نیروی پسای بالایی ایجاد می شود. در این پژوهش با هدف کنترل لایه مرزی، اثر پره محوری در پرنده بدون سرنشین کواندا مورد بررسی قرار گرفته است. این پژوهش هم به صورت تجربی و هم به صورت شبیه سازی عددی صورت گرفته است. در راستای برآورد نیروهای آیرودینامیکی وارد بر مدل، حل عددی جریان حول انحنای بدنه ی پرنده با استفاده از نرم افزار فلوئنت به صورت دوبعدی انجام گرفته است. نتایج شامل کانتورهای فشار، سرعت و توزیع ضریب فشار در طول بدنه می باشد. نتایج حل عددی نشان می دهد که با نصب پره محوری روی بدنه عمود پرواز کواندا تحت شرایط تست، نیروی برآ حدود 35 درصد افزایش می یابد. همچنین با ساخت مدل و انجام آزمایش های مربوط به اندازه گیری نیروی برآ و توزیع فشار دینامیکی روی بدنه پرنده در دو حالت بدون نصب پره محوری و با نصب پره محوری مشاهده گردید که نیروی برآ 29 درصد افزایش می یابد. نتایج تحلیل عددی و آزمایشات تجربی نشان می دهد که نصب پره محوری روی بدنه منجر به افزایش نیروی برآ و در نتیجه افزایش کارایی پروازی پرنده می شود. واژه های کلیدی: پرنده بدون سرنشین، عمود پرواز، اثر کواندا، طراحی، پره محوری، شبیه سازی عددی، کنترل لایه مرزی، روش تجربی