هلی کوپتر با جریان ناپایا زمانی، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (هلی کوپتر)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی حرکت چرخشی (rotation) بال‌های هلیکوپتر به صورت ناپایا (unsteady) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ansys fluent) است. در این پروژه، مواردی شامل نیروی خالص رو به بالا، سرعت نوک بال، و نسبت سرعت نوک (TSR)را بررسی می‌کنیم.

مدل حاضر را به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار انسیس دیزاین مدلر (ANSYS Design Modeler) طراحی کردیم. هندسه شامل فضایی به عنوان دامنه محاسباتی می‌باشد که یک هلی کوپتر به همره بال‌های آن درون این فضا قرار گرفته است.

سپس مدل را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی کردیم. از مش بدون سازمان (unstructured) استفاده کردیم و تعداد 937677 سلول با شبکه بندی ایجاد شد.

روش‌های استفاده شده

برای ایجاد حرکت روبه‌بالا در کاربردهای آیرودینامیکی، حرکت مقدار معینی از هوا در جهت پایین مورد نیاز است که باعث ایجاد حرکت رو به بالا می‌شود. برای هلی کوپترها، این حرکت هوا با استفاده از یک ملخ یا پروانه (propeller) متشکل از دو یا چند جسم به شکل بال که حول یک مرکز می‌چرخند، انجام می‌شود.

پروانه به صورت آیرودینامیکی طراحی شده است تا هوا را وادار به عبور از روی آن کند و فشار هوای زیر بال را افزایش دهد. در این شبیه سازی، پروانه با سرعت زاویه‌ای برابر با 1250 دوربردقیقه در جهت Y می‌چرخد.

گزینه حرکت مش (Mesh Motion) می‌تواند حرکت چرخشی پره‌های هلی کوپتر را شبیه سازی کند. علاوه براین، مدل توربولانسی RNG k-epsilon برای حل معادلات سیال آشفته مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نتایج

در پایان فرآیند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی مربوط به سرعت، فشار، ویسکوزیته آشفته (turbulent viscosity) و خطوط جریان (streamline) به دست می‌آیند. مطابق خطوط جریان، چرخش پره‌های هلی کوپتر نیز باعث ایجاد حرکت چرخشی در داخل هوا شده است.

همچنین براساس محاسبات انجام شده در نرم افزار، اختلاف فشار بین فضای زیر و فضای بالای هلی کوپتر برابر با 5 Pa است. حداکثر سرعت هوا در دامنه محاسباتی برابر با 2 متر بر ثانیه است. سرعت هوا در نوک بال که دارای حداکثر قدر سرعت در طول بال است، برابر با 1.96 متر بر ثانیه است.