بررسی عددی و تجربی آیرودینامیک پرۀ کوادرتور در جریان با رینولدزهای کم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• سجاد محمودی
• محمد حسن جوارشکیان
• محمدصادق توکلی جویباری

فردوسی مشهد

10.22067/fum-mech.v27i1.25449

چکیده

در این تحقیق یک پره در جریان با رینولدزهای کم توسط روش های عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته و منحنی های مشخصۀ آن استخراج شده است. در روش تجربی، حالت استاتیکی توسط دستگاه اندازه گیری نیروی پیشران، در دورهای مختلف مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته و منحنی های مشخصه نیروی پیشران، توان مصرفی موتور، جریان و ولتاژ ثبت گردیده است. هم‌چنین با توجه به اهمیت حوزۀ جریان در اطراف پره، به طور عددی بررسی استاتیکی و دینامیکی شبیه سازی جریان عبوری از روی یک پرۀ کوادرتور پرداخته شده و علاوه بر نتایج آیرودینامیکی روی پره، نتایج در حوزۀ حل نیز مورد تحلیل قرار گرفته است. در روش عددی، با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت بر مبنای حجم محدود با فرض جریان غیر قابل تراکم و لزج و استفاده از مدل آشفتگی شبیه سازی انجام شده است. در این تحقیق منحنی های مشخصۀ پرۀ روتور توسط این دو روش استخراج شده‌اند و مقایسۀ نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی را نشان می‌دهد که صحت اندازه گیری و شبیه سازی عددی را تأیید می نماید. با توجه به شبیه سازی حوزۀ جریان اطراف پره توسط روش عددی، فاصلۀ تأثیرگذار جریان اطراف پره به‌منظور قرار گرفتن در ساختار یک کوادرتور مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

• آیرودینامیک
• پره
• کوادرتور
• تحلیل جریان
• پیشرانش
• گردابه
• تجربی

---

عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Investigation of Aerodynamic of Quadrotor Blades in low Reynolds

نویسندگان [English]

• Sajad Mahmodi
• M.Hassan Djavareshkian
• Mohammad sadegh Tavakoli

Ferdowsi University of Mashhad

چکیده [English]

In this study, a low Reynolds flow around a blade is studied by experimental and numerical methods and characteristic curves are extracted. In the experimental static test, the results of thrust force, engine power, current and voltage in different speed for a rotor were recorded. Considering the importance of the flow field around the blade, the static and dynamic numerical simulations of the flow through a blade of Quadrotor are investigated. In addition to the blade aerodynamic results, the statistical of the computational domain are also analyzed. For the numerical simulation, a commercial software (Fluent) is used with the assumption of compressible viscous flow and turbulence model simulations. In this study, the characteristic curves of the rotor blade are extracted by the two mentioned methods. Comparison of numerical and experimental results show good agreement and confirm the accuracy of the measurement. According to the simulation of the flow field around the blade using the numerical method, the effective distance of the blades in order to find the optimum Quadrotor structure is studied.

کلیدواژه‌ها [English]

• experimantal
• Numerical
• Aerodynamic
• blade
• quadrotor
• propulsion

مراجع

1. Henry V. Borst, "Aerodynamic Design and Analysis of Propellers for Mini-Remotely Piloted Air Vehicles", USAAMRDL-TR-77-45A, Vol. 1, January, (1978).

2. Srinivasan, G.R. and Baeder, J.D., "TURNS: A Free-Wake Euler/ Navier-Stokes Numerical Method for Helicopter Rotors", AIAA Journal, Vol. 31, No. 5, Technical Notes. (1992)

3. Bottasso, C.L. and Shephard, M.S.; "Finite Element Adaptive MultigridEulerSolver for Rotary Wing Aerodynamics", AIAA Journal, December, (1999).

4. Monal Pankaj Merchant, Propeller Performance Measurement for Low Reynolds Number Unmanned Aerial Vehicle Applications, Wichita State University, (2004).

5. Merchant, M.P. and Miller, L.S., "Propeller Performance Measurement for Low Reynolds Number UAV Applications", 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA 2006-1127,(2006).

6. Ol, M., Zeune, C. and Logan, M., "Analytical – Experimental Comparison for Small Electric Unmanned Air Vehicle Propellers", 26th AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA

2008-7345, (2008).

7. Deters, R.W. and Selig, M.S., "Static Testing of Micro Propellers", 26th AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA 2008-6246, (2008).

8. Gamble, D.E., "Automated Dynamic Propeller Testing at Low Reynolds Numbers", M.S. Thesis, Oklahoma State University, Stillwater, OK, (2009).

9. Brandt, J.B. and Selig, M.S., "Propeller Performance Data at Low Reynolds Number", 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA 2011-1255,( 2011)

10. Aron J. Brezina and Scott K. Thomas M.S., "Measurement of Static and Dynamic Performance Characteristics of Electric Propulsion Systems", MastersThesis, Wright State University, (2012).

11. Leishman, Gordon J. Principles of Helicopter Aerodynamics, Cambridge Aerospace's Series, Cambridge, pp. 496, (2000).

12. Fay J. "The Helicopter History, Piloting and How it Flies", 3rd ed., Himalayan Books, pp. 359, (1995).

13. Newman, S., "The Foundation of Helicopter Flight", 1st ed., Elsevier, (1994).

14. Versteeg, H.K. and MalaLasekera, W., "An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method", Longman Scientific & Technical, (1995).

15. Newman, S., "The Foundation of Helicopter Flight", 1st edition, Elsevier, pp. 563, (1994).

16. Leishman, Gordon J., "Principles of Helicopter Aerodynamics", Cambridge Aerospace's Series,

pp. 496, (2000).