شبیه‌سازی عددی تأثیر مگنتو-هیدرودینامیک روی جریان مافوق صوت حول پرتابه

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا-آئرودینامیک، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

2 دکتری، مهندسی هوافضا-آئرودینامیک، تهران، ایران

3 استاد، مهندسی هوافضا-آئرودینامیک، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

4 استادیار، مهندسی هوافضا-آئرودینامیک، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

10.22044/jsfm.2023.9558.3156

چکیده

عملگر پلاسمایی به‌عنوان یک ابزار کنترل-فعال جریان به سبب سادگی ساختار، سبکی، مصرف کم انرژی و پاسخ زمانی بالا در یک دهۀ اخیر مورد توجه و بررسی محققان آیرودینامیک قرارگرفته است. در پژوهش حاضر، اثرات پلاسما بر رفتار آیرودینامیکی یک پرتابه مافوق صوت در شرایط پروازی مختلف به‌صورت عددی مطالعه شده است. نتایج حاصل از تأثیر پلاسما با تغییرات پارامترهایی نظیر زاویه حمله، عدد ماخ و ارتفاع پرواز بر ضرایب برآ و پسا مورد تحلیل قرارگرفته است. با اعمال پلاسما در زیر کانادر‌های پرتابه، سرعت در جهت عمودی در آن ناحیه افزایش می‏یابد. این روند موجب افزایش فشار بر روی قسمت زیرین کاناردها خواهد شد و در نتیجه افزایش اختلاف فشار و افزایش نیروهای وارد بر کاناردها و به عبارتی بهبود عملکرد آن‌ها را محقق می‌سازد. ضرایب برآ و پسا در اثر اعمال پلاسما هر دو افزایش می‏یابند، درحالی‌که راندمان آیرودینامیکی (نسبت برآ به پسا) نیز با افزایش اختلاف‌پتانسیل افزایش‌یافته است. نتایج نشان می‏دهد با افزایش زاویه حمله اثر پلاسما کمتر می‏شود. همچنین با افزایش ارتفاع پروازی اثر پلاسما بیشتر می‏شود و نیز راندمان آیرودینامیکی با اعمال پلاسما در بازه 3 تا 60 درصد تغییر می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  B. Jayaraman, Y.-C. Cho and W. Shyy, (2008) Modeling of dielectric barrier discharge plasma actuator, J APPL PHYS, 103(5): 053304.
[2]  J. Huang, T. C. Corke and F. O. Thomas, (2006) Unsteady plasma actuators for separation control of low-pressure turbine blades, AIAA J, 44(7): 1477-1487.
[3]  D. P. Rizzetta and M. R. Visbal, (2007) Numerical investigation of plasma-based flow control for transitional highly-loaded low-pressure turbine, AIAA J, 45(10): 2554-2564.
[4]  M. P. Patel, Z. H. Sowle, T. C. Corke and C. He, (2007) Autonomous sensing and control of wing stall using a smart plasma slat, J AIRCRAFT, 44(2): 516-527.
[5]  R. Sosa and G. Artana, (2006) Steady control of laminar separation over airfoils with plasma sheet actuators, J ELECTROSTAT, 64(7-9): 604-610.
[6]  D. Orlov, T. Apker, C. He, H. Othman and T. Corke, (2007) Modeling and experiment of leading edge separation control using SDBD plasma actuators, 45th AIAA aerospace sciences meeting and exhibit.
[7]  M. L. Post and T. C. Corke, (2004) Separation control on high angle of attack airfoil using plasma actuators, AIAA J, 42(11): 2177-2184.
[8]  T. McLaughlin, M. Munska, J. Vaeth, T. Dauwalter, J. Goode and S. Siegel, (2004) Plasma-based actuators for cylinder wake vortex control, 2nd AIAA flow Control Conference, 2129.
[9]  R. Nelson, T. Corke, H. Othman, M. Patel, S. Vasudevan and T. Ng, (2008) A smart wind turbine blade using distributed plasma actuators for improved performance, 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1312.
[10]T. Matsunuma and T. Segawa, (2017) Effects of Tip Clearance Size on Active Control of Turbine Tip Clearance Flow Using Ring-type DBD Plasma Actuators, 17th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (ISROMAC2017).
[11] D. Van Ness, T. Corke and S. Morris, (2006) Turbine tip clearance flow control using plasma actuators, 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 21.
[12]  M. Sato, K. Asada, T. Nonomura, H. Aono, A. Yakeno and K. Fujii, (2019) Mechanisms for turbulent separation control using plasma actuator at Reynolds number of 1.6× 106, PHYS Fluids, 31(9).
[13] X. Zhang, L. Huaxing, Y. Huang, T. Kun and W. Wanbo, (2019) Leading-edge flow separation control over an airfoil using a symmetrical dielectric barrier discharge plasma actuator, CHINESE J AERONAUT, 32(5): 1190-1203.
 [14] J.-G. Zheng, (2021) Flow separation control over an airfoil using continuous alternating current plasma actuator, CHINESE PHYS B, 30(3): 1-10.
]15[ س. میرزایی و م. پسندیده فرد (2015) ، شبیه سازی عددی چند ساختار از عملگرهای پلاسما و ارزیابی عملکرد آنها بر روی ایرفویل‌های NACA0012 و NACA0015, نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی، 16(1):75-94.
[16] E. Moreau, (2007) Airflow control by non-thermal plasma actuators, J. phys. D: applied physics, 40(3): 605.
[17] T. C. Corke, M. L. Post and D. M. Orlov, (2009) Single dielectric barrier discharge plasma enhanced aerodynamics: physics, modeling and applications, EXP FLUIDS, 46(1): 1-26.
[18] A. Mahboubidoust and A. Ramiar, (2017) Investigation of DBD plasma actuator effect on the aerodynamic and thermodynamic performance of high solidity Wells turbine, RENEW ENERG, 112: 347-364.
[19] A. S. Taleghani, A. Shadaram, M. Mirzaei and S. Abdolahipour, (2018) Parametric study of a plasma actuator at unsteady actuation by measurements of the induced flow velocity for flow control, J BRAZ SOC MECH SCI, 40(4): 1-13.
[20] A. S. Taleghani, A. Shadaram and M. Mirzaei, (2012) Effects of duty cycles of the plasma actuators on improvement of pressure distribution above a NLF0414 airfoil, IEEE T PLASMA SCI, 40(5): 1434-1440.
 
]21[ ا. صدیق و ر. ابراهیمی (2017), شبیه سازی عددی یک بعدی عملکرد رانشگر پالس پلاسمایی با پیشران جامد, مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، 7(1):161-173.
]22[ م. آهنگر, ر. ابراهیمی و ش. مهرزاد (2014), شبیه‌سازی عددی جریان پلاسمای غیرتعادلی در یک رانشگر پلاسمایی مغناطیسی, مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، 4(2):89-101.
[23] P. Gnemmi, R. Charon, J.-P. Dupéroux and A. George, (2008) Feasibility study for steering a supersonic projectile by a plasma actuator, AIAA J, 46(6): 1308-1317.
[24] P. Gnemmi, C. Rey, A. Eichhorn, M. Bastide and J.-L. Striby, (2013) Pressure, temperature and free-flight projectile-displacement measurements during a plasma discharge generated on a supersonic projectile, Int J Aero, 3(1-2-3): 84-104.
[25] P. Gnemmi and C. Rey, (2009) Plasma actuation for the control of a supersonic projectile, J SPACECRAFT ROCKETS, 46(5): 989-998.
[26] A. Akgül, H. Y. Akargün, B. Atak, A. E. Çetiner and O. Göker, (2012) Numerical investigation of NASA tandem control missile and experimental comparison, Sci. Tech. Rev, 62(1): 3-9.
[27] T. West and S. Hosder, (2012) Numerical investigation of plasma actuator configurations for flow separation control at multiple angles of attack, 6th AIAA flow control conference.