تحقيق و بررسی عددی و تجربی صفحة صلبِ دارای درجه آزادی چرخشی, تحت جريان هوا

در حوزه فن آوری های هوافضایی، مطالعة جریان غیر دائم حول اجسام و صفحات در حال چرخش یا نوسان (آنتن ها، فرفره ها، اجسام پرنده دارای دم) از اهمیت خاصی برخوردار است. بمنظور تامین الزامات عملکردی این گونه وسایل، لازم است رفتار آنها تحت درجات آزادی مختلف و با مشخصات هندسی گوناگون مورد بررسی قرار گرفته و نیز جهت گیری آنها در جریان به دقت پیش بینی گردد. از خصوصیات این گونه اجسام ایجاد توزیع پیچیدۀ گردابه های حاصل از جدایی جریان در لبه های تیز و از دست دادن پایداری لایة گردابه ای است. بعلاوه، تاثیر متقابل ما بین جریان و خود جسمِ در حال حرکت نیز وجود دارد. در این حالت کاربرد مستقیم روشهای مدلسازی عددی بسیار مشکل بوده ولی روش گردابه یا انجام آزمایش مناسب می باشد. در این رساله به بررسی رفتار یک صفحۀ تخت با درجه آزادی چرخشی، تحت جریان هوا پرداخته شده است. بدلیل اثر متقابل بین جریان هوا و صفحه در حال دوران، ناپایایی جریان و همچنین الگوی پیچیده جریان گردابه ای هیچگونه روش تحلیلی مناسبی جهت حل مسئله وجود ندارد. همچنین، از روشهای عددی- محاسباتی مبتنی بر معادلات ناویر_استوکس و عدد رینولدز نیز نمی توان استفاده نمود. بنابراین از روش گردابه گسسته بهینه شده جهت محاسبه ضریب نیروی عمودی و گشتاور حاصل از نیروهای آیرودینامیکی استفاده گردیده است. مدلسازی در حالت دوران آزاد صورت گرفته و در این مدلسازی صفحه صلب مورد بررسی واقع شده و پدیده هیسترزیس آیرودینامیکی مورد توجه قرار گرفته است. ضریب نیروی عمودی و ضریب گشتاور جسم بر حسب زاویه جسم نسبت به جریان (درحالت استاتیکی) در حالت دوران آزاد (نوسان آزاد) محاسبه گردیده است. همچنین آزمایش هایی بر روی صفحه مذکور در تونل باد انجام شده و رفتار صفحه و پدیده های مذکور بطور تجربی مورد تحقیق قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که اگر صفحه ای با درجه آزادی چرخشی تحت جریان قرار بگیرد ممکن است وارد رژیم دوران آزاد گردد. این حالت در صورتی رخ می دهد که ممان اینرسی بی بعد در محدودة 5-43/1 بوده و نیز زاویه حمله به اندازه کافی کوچک باشد. در مقادیر دیگری از ممان اینرسی، صفحه وارد رژیم نوسان آزاد (میرا) می شود. عدد استروهال وقوع رژیم دورانی محاسبه گردیده و نتایج نشان می دهد که وقوع آن در محدوده معینی از عدد استروهال اتفاق می افتد.