پایان نامه مطالعه تحلیلی و عددی جهت دهی بردار پیشران به روش سیال غیر همراستا

فهرست:

چکیده : ‌د

فصل 1: پیشگفتار  1

1-1- اهداف و انگیزه ها ی پژوهشی... 2

1-2- معرفی کنترل بردار نیروی پیشران و پیشرفت های این تکنولوژی... 2

1-2-1- محدودیت هایی از سیستم های کنترل سنتی... 3

1-2-2- مزایای کنترل بردار پیشران... 4

1-2-3- روش مکانیکی جهت دهی بردار نیروی پیشران... 5

1-2-3-1- نسل اول... 5

1-2-3-2- نسل دوم.. 7

1-2-4- روش سیالی جهت دهی بردار نیروی پیشران... 9

1-2-4-1- روش کنترل به وسیله موج شوک.... 12

1-2-4-2- روش اُریب کردن گلوگاه. 14

1-2-4-3- روش جت ترکیبی (دیافراگم نوسانی). 16

1-2-4-4- روش جریان همراستا. 18

1-2-4-5- روش جریان غیر همراستا. 19

1-3- تعریف مسئله.. 28

1-4- بازنگری تاریخچه و تحقیقات پیشین... 30

1-5- طرح کلی و ساختار تحقیق حاضر.. 33

فصل 2: معادلات حاکم بر میدان جریان   34

2-1- مقدمه.. 35

2-2- معادلات ناویر - استوکس..... 35

2-3- مدلسازی نوسانات میدان سیال... 37

2-3-1- آشفتگی... 37

2-3-2- روش میانگین گیری رینولدز. 39

2-3-2-1- روش بوزینسک..... 41

2-3-2-2- روش انتقالی تنش رینولدز. 41

2-3-3- روش شبیه سازی گردابه های بزرگ.... 42

2-4- مدل های آشفتگی... 42

2-4-1- مدل های صفر معادله ایی... 43

2-4-2- مدل های یک معادله ای روش اسپالارت آلماراس..... 43

2-4-3- مدل های دو معادله ایی... 44

2-4-3-1- مدل k-ε استاندارد.. 44

2-4-3-2- مدل k-ε RNG... 45

2-4-3-3- مدل k-ε Realizable. 46

2-4-3-4- مدل k-ω استاندارد.. 46

2-4-3-5- مدل انتقال برشی k-ω... 46

2-4-4- مدل تنش رینولدز. 47

2-5- انتخاب مدل آشفته.. 48

فصل 3: روش حل عددی و تحلیلی جهت دهی سیالی به روش جریان غیر همراستا 49

3-1- تحلیل‌ عددی جهتدهی سیالی به روش جریان غیرهمراستا. 50

3-1-1- دینامیک سیالات محاسباتی... 50

3-1-2- شبکه بندی... 53

3-1-2-1- بررسی شبکه بندی نزدیک دیواره در جریان های آشفته محصور. 55

3-1-2-2- توصیف شبکه بندی مجموعه نازل مورد نظر برای مسئله جهت دهی سیالی... 58

3-1-3- طراحی توسط نرم افزار گمبیت و استفاده از روش ژورنالی... 59

3-1-3-1- معرفی گمبیت.... 59

3-1-3-2- محیط ژورنال نویسی... 60

3-1-4- پارامتر های هندسی تاثیر گذار. 61

3-1-5- شبکه محاسباتی... 63

3-1-6- تحلیل عددی با کمک نرم‌افزار فلوئنت.... 65

3-1-6-1- معرفی فلوئنت.... 65

3-1-6-2- پارامترهای سیالی تأثیر گذار. 65

3-1-6-3- تنظیم شرایط مرزی و پارامترهای حل... 66

3-1-6-4- روش حل عددی... 70

3-2- روش تحلیلی جهت دهی سیالی به روش جریان غیر همراستا. 71

3-2-1- تحلیل حجم کنترل... 71

3-2-2- تحلیل با استفاده از معادلات حرکت جریان بر روی یک دیواره موج دار. 76

فصل 4: بررسی نتایج   81

4-1- مقدمه.. 82

4-2- مشخص نمودن سطوح جهت نمایش گرافیکی نتایج... 82

4-3- نتایج کیفی تحلیل عددی... 84

4-3-1- همگرایی باقیمانده ها. 84

4-3-2- بررسی کانتورهای دما، سرعت و فشار. 85

4-3-3- بررسی خطوط مسیر و بردار های سرعت.... 92

4-4- نتایج کمی تحلیل عددی... 94

4-4-1- تغییرات زاویه جهت دهی با پارامترهای هندسی در فشار های متفاوت.... 94

4-4-2- تغییرات زاویه جهت دهی با نرخ جریان جرمی ثانویه به اولیه متفاوت.... 97

4-4-3- تلفات تراست و تغییرات نسبت تراست برآیند با پارامترهای هندسی و سیالی... 100

4-5- اعتبار سنجی... 102

4-6- جمع بندی و ارائه پیشنهادات.... 106

4-6-1- نتیجه گیری... 106

4-6-2- پیشنهادات ادامه پژوهش..... 108

فهرست مراجع... 109

پیوست    113

پیوست الف )       توسعه فایل متنی در محیط گمبیت ( ژورنال فایل ). 114

پیوست ب )         انواع الگوریتم های حل عددی در نرم افزار فلوئنت.... 124

پیوست ج)          تنظیمات نرم افزار فلوئنت.... 127

پیوست د)           جزئیات حل معادلات جریان زیر صوت بر روی یک دیوار سینوسی... 130

منبع:

Hunter C.A., Deere K.A., “Computational Investigation of Fluidic Counterflow Thrust Vectoring”, AIAA, PP. 99-2669, June 1999. 

John S. Orme, Ross Hathaway, “Initial Flight Test Evaluation of the F-15 ACTIVE Axisymmetric Vectoring Nozzle Performance”, NASA/TM, 206558, 1998.

Dores D., Madruga Santos M., Krothapalli A., Lourenco L., Collins Jr.E., Alvi F., and Strykowski P.J., “Characterization of a counterflow thrust vectoring scheme on a gas turbine engine exhaust jet”, 3 rd AIAA Flow Control Conference, PP. 2006-3516, 5-8 June 2006, San Francisco.

Corcoran M., Matthewson T., “Thrust Vectoring”, Aeronautical Engineering I, 2006.

Madruga Santos M., “Experimental Study on Counter Flow Thrust Vectoring of a Gas Turbine Engine”, Ph.D. Dissertation, 2004,The Florida State University.

Lord W.K., MacMartin D.G., Tillman T.G., “Flow Control Opportunities in Gas Turbine Engines”, 2000.

Rauth G., Herrmann O., “Thrust Vectoring for Advanced Fighter Aircraft”, RTOMP AVT-100, 2003.

Snow B.H., “Thrust Vector Control Concepts and Issues”, SAE Aerospace Conference and Exposition, 1-4 October 1990, Long Beach California.

Banazadeh A., Saghafi F., Ghoreyshi M., Pilidis P., “Multi-Directional Co-Flow Fluidic Thrust Vectoring intended for a Small Gas Turbine”, AIAA, PP. 2007-2940, 7-10 May 2007.

 Flamm J.D., “Experimental Study of a Nozzle Using Fluidic Counterflow for Thrust  Vectoring”, AIAA/ASME/SAE/ASEE, 34th Joint Propulsion Conference and Exhibit,  PP. 98-3255, 13-15 July 1998.

 Taylor J.G., “A Static Investigation of a Simultaneous Pitch and Yaw Thrust Vectoring 2-D C-D Nozzle”, AIAA/ASME/SAE/ASEE, 24th Joint Propulsion Conference, PP. 88-2998, 11-13 July 1988.

 Berrier B.L., “Results from NASA Langley Experimental Studies of Multiaxis Thrust Vectoring Nozzles”, SAE, PP. 881481, 1988.

علیرضا هدایت زاده رضوی، “طراحی هواپیمای مدل با کنترل سیالی بردار نیروی پیشران”، تز کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دی ماه 1387.

 احسان راحت ورنوسفادرانی، “طراحی، ساخت و کنترل سامانه آزمایشگاهی جهتدهی بردار پیشران به روش سیالی در ابعاد کوچک”، تز کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دی ماه 1387.

 Li Li., “Numerical and Experimental Studies of Fluidic Thrust Vectoring Mechanisms”, Ph.D. Dissertation, Mar 2012, Muroran Institute of Technology.

 Wikipedia (the free encyclopedia), http://en.wikipedia.org/wiki/Thrust_vectoring

 Mason M.S., Crowther W.J., “Fluidic Thrust Vectoring Of Low Observable Aircraft”, CEAS Aerospace Aerodynamic Research Conference, 10-12 June 2002, Cambridge, UK.

 Deere K.A., “Summary of Fluidic Thrust Vectoring Research Conducted at NASA Langley Research Center”, 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference, 23-26 June 2003, Orlando, Florida.

 Wu C.C., “A Computational Study of Secondary Injection Thrust Vector Control”, 13th AIAA Applied Aerodynamics Conference, PP. 95-1787, 19-22 June 1995, San Diego, California.

 Carroll G.R., Cox H., “A missile Flight Control System Using Boundary Layer Thrust  Vector Control”, AIAA, PP. 83-1149, 1983.

 Porzio A.J., Franke M.E., “Experimental Study of a Confined Jet Thrust Vector Control”, 24th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, PP. 86-0448, 6-9 January 1986, Reno, NV.

 Hawkes T.M., Franke M.E., “Design Variables for Two- Dimensional Confined Jet Thrust Vector Control Nozzles”, 33rd AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, PP. 95-0646, 9-12 January 1995 , Reno, NV.

 Brendan A., “Numerical Investigation of Fluidic Injection as a Means of Thrust Control”, Initial Thesis Report, ACME, 2009.

 افشین بناءزاده، “مطالعه مفهومی جهت دهی نیروی پیشران در بهینه سازی فاز پرواز انتقالی پهپاد جت دُم نشین”، تز دکترا، دانشگاه صنعتی شریف، شهریور ماه 1387.

 Andrew J.N., Fernando N.G.,” Performance Studies of Shock Vector Control Fluidic Thrust Vectoring”, 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, PP. 2007-5086, 8-11 July 2007, Cincinnati, OH.

 Wing D.J., “Static Performance Investigation of a Skewed-Throat Multiaxis Thrust-Vectoring Nozzle Concept”, NASA Technical, PP. 3411, 1994.

 Deere K.A., Berrier B.L., “Computational Study of Fluidic Thrust Vectoring Using Separation Control in a Nozzle”, 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference, PP. 2003-3803, 23-26 June 2003, Orlando, FL.

 Wikipedia (the free encyclopedia), “Henri Marie Coanda”, http://en.wikipedia.org/ wiki/Henri_Coand%C4%83.

 Banazadeh A., Saghafi F., Ghoreyshi M., Pilidis P.,” Experimental and Computational Investigation Into the Use of Co-Flow Fluidic Thrust Vectoring on a Small Gas Turbine”, The Aeronautical Journal, Vol. 112, No. 1127, PP. 17-25, January 2008.

 Banazadeh A., “Correlation Function of Thrust Deflection Angle for Co-flow Fluidic Thrust Vectoring Systems”, The 1th National Gas Turbines Conference (GTC91), 3-4 May 2012, University of Science and Technology, Iran.

 محسن دهقانی، “طراحی خلبان خودکار برای هواپیمای بدون سرنشین جت کنترل شونده با جهت دهی نیروی پیشران”، تز کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دی ماه 1386.

 Sobester A., Keane A.J., “Multi-objective Optimal Design of a Fluidic Thrust Vectoring Nozzle”, 11th AIAA/ISSMO Multidisciplilnary Analysis and Optimization Conference, PP. 2006-6916, 6-8 september 2006.

 Strykowski P.J., Krothapalli A., “TheCountercurrent Mixing Layer: Strategies for Shear-Layer Control”, AIAA, PP. 93-3260, July 1993.

 Banazadeh F., Niazi S., Banazadeh A., “Investigation of Thrust Deflection Angle with Counter-flow Fluidic Method for a Small Jet Engine”, The 2st Iranian Association of Aerospace propulsion Conference, IRANAPA2013-19002, 20-21 November 2013, Tarbiat Modares University, Iran.

 Strykowski P.J., Niccum D.L., “The Stability of Countercurrent Mixing Layers in Circular Jets”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 227, PP. 309-343, 1991.

 Banazadeh F., Niazi S., Banazadeh A., “ Computational Investigation of Fluidic Counter Flow Thrust Vectoring Applied to Small Engine Exhaust Jet”, 15th Conference On Fluid Dynamics, 18-20 December 2013, Hormozgan University, Iran.

 Van der Veer M.R., “Counterflow Thrust Vectoring of a Subsonic Rectangular Jet”, M.S. Thesis, 1995, University of Minnesota.

 Schmid G.F., “Design and Optimization of a Counterflow Thrust Vectoring System”, M.S. Thesis, 1996, University of Minnesota.

 Dores D.Z., “Robust Feedback Control Design for Counter Flow Thrust Vectoring”, Ph.D. Dissertation, 2005, The Florida State University.

 Schmid G.F., Strykowski P.J., Madruga M., Krothapalli A., “Jet Attachment Behavior using Counterflow Thrust Vectoring”, Proceedings of 13th ONR Propulsion Conference, 10-12 August 2000, Minneapolis, MN.

 Alvi F.S., Strykowski P.J., Washington D.M., Krothapalli A., “Multi-axis Fluidic Thrust Vectoring of Supersonic Jets Via Counterflow”, 35th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, PP. 97-0393, 6-10 January 1997, Reno, NV.

 Alvi F.S., Strykowski P.J., Krothapalli A., Forliti D.J., “Vectoring Thrust in Multiaxes Using Confined Shear Layers”, ASME Journal of Fluids Engineering, Vol. 122, PP. 3-13, March 2000.

 The AMT Olympus Webpage:http://www.amtjets.com/

 Brown G.L., Rosko A., “On Density Effects and Large Scale Structures in turbulent mixing Layers”, Journal of Fluid Mechanics, vol. 64, PP. 775-816, January 1974.

Bogdanoff D.W., “Compressibility effects in turbulent shear layers”, AIAA Journal, vol. 21, 1982.

 Papamouschou D., Roshko A., “The Compressible Turbulent Mixing Layer: an Experimental Study”, Journal of Fluid Mechanics, vol. 197, PP. 453-477, 1988.

 Huerre P., Monkewitz P.A., “Local and Global Instabilities in Spatially Developing Flows”, Annual Review of Fluid Mechanics, vol. 22, PP. 473-537, 1990.

 Oertel Jr.H., “Wakes behind blunt bodies”, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 22, PP. 539-564, 1990.

 Ragab T.M., Elhadidi B., “Counter Flow Fluid Thrust Vector Applied to Small Business Jets”, 13th International Conference on AEROSPACE SCIENCES & AVIATION TECHNOLOGY, Paper ASAT-13, PP.14, 2009.

 Versteeg H.K., Malalasekera W., “An Introduction to Computational Fluid Dynamics”, The Finite Volume Method, 1995, Prentice Hall, Longman Group Ltd.

 Sanieenezhad M., “An Introduction to Turbulent Flows and Turbulence Modeling”, Series of Educational Booklets Fluid Mechanics, Third Edition, Sharif University of Technology.

 Launder B.E., Spalding D.B., “The numerical computation of turbulent flows”, Computer methods in applied mechanics and engineering, Vol. 3, PP. 269-289, 1974.

 Wilcox D.C., “Turbulence Modeling for CFD”, 2nd ed., 1998, DCW Industries, Inc., La Canada, California.

 Chung T.J., “Computational Fluid Dynamics”, 2002, Cambridge University Press.

 Fluent 6.3 User Manual, Fluent Incorporated, 2006.

 Gambit 2.4.6 User’s Guide, Fluent Inc, 2006  

 The Turbomatch Scheme and Performance Calculation for Aero/Industrial Gas    Turbine, Cranfield University, 2004.

 John J.E.A., “Gas Dynamics”, 2nd ed., 1984, Dean, School of Engineering University of Massachusetts.

 Anderson Jr.J.D. “Modern Compressible Flow With Historical Perspective”, 2nd ed.,   1990, McGraw-Hill, New York.