کاهش میزان افت فشار دهانه ورودی هوای اس‌شکل با بهینه‌سازی به روش الحاقی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22044/jsfm.2020.8745.2980

چکیده

کانال ورودی هوا یکی از اجزای اصلی سیستم‌های پیشران هواتنفسی است که وظیفه اصلی آن تأمین جریان هوای مورد نیاز موتور به ‌صورت یکنواخت می‌باشد. در پژوهش حاضر به بهینه‌سازی یک مجرای اس‌شکل جهت ورودی هوای مورد استفاده در موشک‌های کروز پرداخته شده است. با استفاده از ابزار بهینه‌سازی الحاقی موجود در نرم‌افزار فلوئنت، در ابتدا روش حل به کمک نتایج آزمون یک مجرای ورودی هم‌کلاس صحه‌گذاری شده است. در صحه گذاری مورد نظر، فشار بازیافت با روش حاضر برابر 96/0 درصد شده که همخوانی خوبی با نتایج حاصل از روش تجربی دارد. در ادامه، مدل‌سازی عددی جریان هوا در مجرای اس شکل موجود انجام شده و سپس با حل عددی معادلات الحاقی، حساسیت تغییرات تابع هدف نسبت به تغییر شکل دیواره ورودی هوا محاسبه شده است. با توجه به قیود هندسی، هدف از بهینه‌سازی، دستیابی به هندسه‌ای می باشد که با کمترین تغییرات ابعادی بتواند افت فشار کل را حداقل کرده و دبی موردنیاز را تأمین نماید. در پژوهش حاضر با بهینه‌سازی به روش الحاقی ضمن حذف ناحیه جدایش جریان، می توان شاهد افت فشار کل از 6/4 درصد به 3 درصد، در طول دهانه ورودی و همچنین رشد دبی هوا از 1/5 به 5/6 کیلوگرم بر ثانیه بود.

کلیدواژه‌ها


[1] Nili Ahmadabadi M, Ghadak F, Mohammadi M (2014) Quasi-Three-dimensional aerodynamic design of S-shaped air intake using inverse design method. Journal of Modares Mechanical Engineering 14(4): 189-199. (In persian)

[2] Papadopoulos F, Valakos I, Nikolos IK (2012) Design of an S‐duct intake for UAV applications. Aircr Eng Aerosp Tec 84(6): 439-456.

[3] Benini E, Furlan F, Savill M, Chiereghin N, Kipouros T (2014) Computational design of S-Duct intakes for distributed propulsion. Aircr Eng Aerosp Tec 86(6): 473-477.

[4] Lee J, Cho J (2018) Effect of aspect ratio of elliptical inlet shape on performance of subsonic diffusing S-duct. J Mech Sci Technol 32(3): 1153-1160.

[5] Yurko I, Bondarenko G (2014) A new approach to designing the S-shaped annular duct for industrial centrifugal compressor. Int J Rotating Mach 2014: 10.

[6] Jirasek A (2006) Design of vortex generator flow control in inlets. J Aircraft 43(6): 1886-1892.

[7] Tanguy G, MacManus DG, Zachos P, Gil-Prieto D, Garnier E (2017) Passive flow control study in an S-duct using stereo particle image velocimetry. AIAA J 55(6): 1862-1877.

[8] Hamstra JW, Miller DN, Truax PP, Anderson BA, Wendt BJ (2000) Active inlet flow control technology demonstration. Aeronaut J 104(1040): 473-479.

[9] Da X, Fan Z, Fan J, Zeng L, Rui W, Zhou R (2015) Microjet flow control in an ultra-compact serpentine inlet. Chinese J Aeronaut 28(5): 1381-1390.

[10] Ziaei-Rad S, Ziaei-Rad M (2006) Inverse       design of supersonic diffuser with flexible walls using a Genetic Algorithm. J Fluid Struct 22(4): 529-540.

[11] Amitay M, Pitt D, Glezer A (2002) Separation control in duct flows. J Aircraft 39(4): 616-620.

[12] Bandar Saheby E, Olyaei G, Kebriaee A (2017) Design and numerical analysis of Mach 3.0 inlet. Journal of  Modares Mechanical Engineering 17(4): 199-208. (In Persian)

[13] Bondar Saheby E, Olyaei G, Kebriaee A, Huang G (2017) Effect of thick boundary layer ingestion on the performance of hypersonic inlet. Journal of Modares Mechanical Engineering 17(10): 73-80. (In Persian)

[14] Nili Ahmadabadi M, Ghadak F, Mohammadi M, Nejati A (2012) 2-D aerodynamic design of turbojet engine S-shaped air intake considering the engine nose effects. Journal of Solid and Fluid Mechanics 1(1): 59-69. (In Persian)

[15] Gerolymos GA, Joly S, Mallet M, Vallet I (2010) Reynolds-stress model flow prediction in aircraft-engine intake double-S-shaped duct. J Aircraft 47(4): 1368-1381.

[16] Gerolymos GA, Vallet I (2016) Reynolds-stress model prediction of 3-D duct flows. Flow Turbul Combust 96(1): 45-93.

[17] Taskinoglu ES, Knight DD (2004) Multi-objective shape optimization study for a subsonic submerged inlet. J Propul Power 20(4): 620-633.

[18] D’Ambros A, Kipouros T, Zachos P, Savill M, Benini E (2018) Computational design optimization for S-ducts. Designs 2(4): 36.

[19] Othmer C (2014) Adjoint methods for car aerodynamics. J Math Ind 4(1): 6.

[20] Azimi A, Goudarzi P, Gholami S (2014) Contact boundary condition estimation in fractional non-fourier heat conduction problem using conjugate gradient method without/with adjoint problem. Journal of Modares Mechanical Engineering 14(6): 22-28. (In Persian)

[21] Tonomura O, Kano M, Hasebe S (2010) Shape optimization of microchannels using CFD and adjoint method. Comput-Aided Chem En 28: 37-42.

[22] Jin W, Taghavi R (2008) A computational study of icing effects on performance of S-duct inlets. AIAA J.

[23] Mohler S (2004) Wind-us flow calculations for the M2129 S-duct using structured and unstructured grids. AIAA J.

[24] Garshasbi M, Jafari MM, Parhizkar H (2019) Numerical analysis of flow separation control on a BWB drone using a vortex generator. Journal Of Modares Mechanical Engineering 19(2): 447-456. (In Persian)

[25] Seddon J, Goldsmith EL (1999) Intake aerodynamic. Blackwell Science.