بررسی اثر محل قرارگیری سامانه کنترلی اسپلیت درگ رادر در طول دهانه بال یک هواپیمای بال‌پرنده بر گشتاورهای گردشی و غلتشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد / گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد / گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 عضو هیات علمی / گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این تحقیق با استفاده از روش شبیه‌سازی عددی به بررسی محل قرارگیری سامانه کنترلی اسپلیت درگ در طول دهانه بال پهپاد و اثر آن بر روی ضرایب آئرودینامیکی پرداخته می‌شود. این سامانه کنترلی از دو صفحه بر روی‌هم تشکیل‌شده است که با باز شدن آن، پسای فشاری در یک بال را ایجاد می‌نماید. این سامانه برای ایجاد گشتاور گردشی در هواپیماهای بال پرنده مورد استفاده قرار می‌گیرد. هواپیماهای بال پرنده به دلیل وجود زاویه عقب‌گرد در بال‌ها و تشکیل گردابه رأس بال در زوایای حمله بالا در این نوع پیکربندی از حساسیت بالایی برای تعیین محل قرارگیری سطوح کنترلی برخوردار است. در اینجا برای نصب و جانمایی سامانه کنترلی اسپلیت درگ، از دیدگاه استاتیکی،  نیاز است تا صفحات متحرک اسپلیت درگ در انتهای بال ( نوک بال) نصب گردند، زیرا بیشترین بازوی گشتاوری در این قسمت خواهد بود که سبب تولید بیشترین گشتاور گردشی می‌گردد؛ اما از نظر آئرودینامیکی قرارگیری صفحات سطوح کنترلی در این محدوده به دلیل وجود گردابه رأس بال و گردابه‌های نوک بال، همواره دارای معایبی می‌باشد. از این‌ رو در پژوهش حاضر سعی شد سامانه اسپلیت درگ را در 3 زاویه باز شوندگی مختلف در 3 موقعیت طولی نسبت به نوک بال قرار داده و گشتاورهای حاصله را در زوایای حمله مختلف از 0 تا 12 درجه بررسی نماییم. افزایش ضریب گشتاور گردشی و کاهش ضریب گشتاور غلتشی هدف این پژوهش عنوان می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of the placement of the split drag rudder control system along the wing span of a flying wing aircraft on rolling and yawing moments.

نویسندگان [English]

  • Afshin Madani 1
  • Mohammad hossein Moghimi-Esfandabadi 2
  • Mohammad Hassan Javareshkian 3
1 Master Student, Mechanical Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
2 Master Student, Mechanical Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
3 Professor, Mechanical Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
چکیده [English]

In this research, using the numerical simulation method, the placement of the split drag control system along the length of the UAV wing and its effect on the aerodynamic coefficients are investigated. This control system consists of two plates on top of each other, which, when opened, creates a pressure drag in one wing. This system is used to create a yawing moment in flying wing airplanes.  Flying wing airplanes have a high sensitivity for determining the location of control surfaces due to the presence of the swept back angle in the wings and the formation of the wing apex vortex at high angles of attack in this type of configuration. Here, for the installation and positioning of the split drag control system, from a static point of view, it is necessary to install the moving surfaces of the split drag at the end of the wing (wing tip), because the maximum moment arm will be in this part, which causes the production of the maximum yawing moment; However, from the aerodynamic point of view, the placement of the control surface in this range always has disadvantages due to the existence of the wing tip vortex and the wing apex vortices. Therefore, here it has been trying to place the split drag system in 3 different opening angles in 3 longitudinal positions relative to the tip of the wing and check the resulting moments in different angles of attack from 0 to 12 degrees. The aim of this research is to increase the yawing moment coefficient and decrease the rolling moment coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flying UAV
  • spilit drag rudder
  • optimization
  • numerical simulation
  • aerodynamic coefficients
[1] D. Thompson, J. Feys, M. Filewich, S. Abdel-Magid, D. Dalli, and F. Goto, The design and construction of a blended wing body UAV,in 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, pp. 481, 2011.
[2] K. M. Bieri, An Integrated Bi-Fidelity Approach to Parametric Studies of Finite Wing Geometries, University of Colorado at Boulder, 2019.
[3] H. Dastourani, MH. Djavareshkian, Aerodynamic investigation of potential flow on integrated wing and body aircraft, Modeling in engineering, vol. 14, No. 47, pp. 127-140, 2017. )in  Persian ).
[4] L. Peifeng, B. Zhang, C. Yingchun, Y. Changsheng, and L. Yu, Aerodynamic design methodology for blended wing body transport, Chinese Journal of Aeronautics, vol. 25, No. 4, pp. 508-516, 2012.
[5] G. Stenfelt and U. Ringertz, Yaw control of a tailless aircraft configuration, Journal of aircraft, vol. 47, No. 5, pp. 1807-1811, 2010.
[6] M. Dehghan Menshadi, M.Il Begi, Mehrdad Bezazzadeh, Mohammad Kazem Sobhani, Experimental investigation of the vortex flow of a lambda-shaped wing sample with a sharp and rounded leading edge with a hot wire, mechanical engineering, vol. 32, No. 1, pp. 107-117, 2016.) in Persian ).
 [7] A. LEVY, M. KATZ, O. KATZUNI, A. KONEVSKY, J. FRUMKIN, and T. BUIUM, Final Report Project 7-8: Team Cerberus-UCAV, Haifa, Israel, 2009
[8] R. Konrath, E. Roosenboom, A. Schröder, D. Pallek, and D. Otter, "Static and dynamic SACCON PIV tests, part II: aft flow field," in 28th AIAA applied aerodynamics conference, p. 4396, 2010.
[9] K. Petterson, Low-speed aerodynamic and flowfield characteristics of a UCAV, in 24th AIAA Applied Aerodynamics Conference, pp. 2986, 2006.
[10] A. Ko, K. Chang, D.-J. Sheen, Y.-H. Jo, and H. J. Shim, "CFD Analysis of the Sideslip Angle Effect around a BWB Type Configuration," International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2019, 2019.
[11] M. Ramezanizadeh and A. Mohammadi, Numerical Investigation of Delta Wings Leading Edge Configuration Effects on the Flow Behavior Using Large Eddy Simulation Approach, Journal of Aeronautical Engineering,Vol.3, No.3,2014.( in Persian )
[12] N. U. Rahman and J. F. Whidborne, Propulsion and flight controls integration for a blended-wing-body transport aircraft, Journal of Aircraft, vol. 47, No. 3, pp. 895-903, 2010.
[13] R. Colgren and R. Loschke, "Effective design of highly maneuverable tailless aircraft," Journal of Aircraft, vol. 45, no. 4, pp. 1441-1449, 2008.
[14] Z. J. Li and D. L. Ma, Control characteristics analysis of split-drag-rudder, in Applied Mechanics and Materials,vol. 472, pp. 185-190, 2014.
[15] P. Bourdin, A. Gatto, and M. Friswell, Potential of articulated split wingtips for morphing-based control of a flying wing, in 25th AIAA Applied Aerodynamics Conference, p. 4443, 2007.
[16] D. Li, Q. Liu, Y. Wu, and J. Xiang, Design and analysis of a morphing drag rudder on the aerodynamics, structural deformation, and the required actuating moment, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, vol. 29, No. 6, pp. 1038-1049, 2018.
[17] A. Madani and M. H. Djavareshkian, Aerodynamic Investigation of Crow Flap Control System in a Flying Wing UAV Aircraft, Journal of Aeronautical Engineering, 2022.( in Persian )
[18] G. Stenfelt and U. Ringertz, Lateral stability and control of a tailless aircraft configuration, Journal of Aircraft, vol. 46, No. 6, pp. 2161-2164, 2009.
[19] J. Rajput, W. G. Zhang, and X. B. Qu, A differential configuration of split drag-rudders with variable bias for directional control of flying-wing,in Applied Mechanics and Materials, vol. 643 , pp. 54-59, 2014.
[20] A. Madani, M. H. Djavareshkian, and R. Karimi Kelayeh, Optimization of split drag rudder mechanism at different angles of attack in a flying wing airplane,Fluid Mechanics & Aerodynamics Journal, vol. 11, No. 1, pp. 1-16, 2022.( in Persian )
[21] N. U. Rahman and J. F. Whidborne, A lateral directional flight control system for the MOB Blended Wing  Body planform, in Proceedings of the UK ACC International Conference on Control, Manchester, UK, pp. 2 4,2008.
[22] R. K. Kelayeh and M. H. Djavareshkian, "Aerodynamic investigation of twist angle variation based on wing smarting for a flying wing," Chinese Journal of Aeronautics, vol. 34, No. 2, pp. 201-216, 2021.
[23] M. Tomac and G. Stenfelt, Predictions of stability and control for a flying wing, Aerospace Science and Technology, vol. 39, pp. 179-186, 2014.