بقلم المهندس والباحث الجامعي عامر الدرابسه

نطاق السرعة ، من سرعات دون سرعة صوتية صغيرة ، عبر صوتية ، إلى سرعات تفوق سرعة الصوت في مجموعة واسعة من زوايا الهجوم والانزلاق ، حتى القيم فوق الحرجة. لكل جيل جديد من الطائرات متطلبات أولوية مختلفة تهدف إلى كسب التفوق الجوي. على وجه الخصوص ، يتم فرض متطلبات القدرة على المناورة الفائقة على مثل هذه الطائرات ، مما يعني ، بدوره ، خروج الطائرة عند زوايا هجوم قريبة أو فوق الحرجة. مع تحسن المعدات العسكرية ، هناك توسع في زوايا الهجوم المسموح بها ، والتي يتحقق فيها استقرار الطائرات والتحكم فيها ، وهو أمر مهم للغاية في القتال عن قرب.

عندما تصل الطائرة إلى زوايا هجوم قريبة من فوق الحرجة ، يتم تحديد استقرار الطائرة وإمكانية التحكم فيها إلى حد كبير من خلال خصائص تدفق الدوامة من عناصر التكوين الديناميكي الهوائي (الأنف ، وتدفق الجذر الأمامي ، ووحدات التحكم في الأجنحة) ، أي ظاهرة انفجار الدوامات ، وتحريك نقطة تدميرها إلى أعلى مع زيادة في زاوية الهجوم ، كسر غير متماثل أثناء الانسياب الماضي مع الانزلاق ، وكذلك تفاعل هياكل الدوامة مع بعضها البعض ومع عناصر الطائرة ، على سبيل المثال ، الريش الرأسي والأفقي.

في مرحلة التصميم الأولي للتكوين الديناميكي الهوائي ، هناك العديد من المشاكل المرتبطة بحقيقة أن جميع ضوابط الطائرات الرئيسية تفقد فعاليتها عندما تصل إلى زوايا كبيرة من الهجوم ، والتي ترتبط بظاهرة التمزق وظاهرة تدمير الدوامات. فيما يتعلق بالزيادة في الزوايا المسموح بها للهجوم أثناء الرحلة ، فإن المشكلة تكمن في إنشاء أنظمة مبتكرة للتحكم في تدفق الدوامة حول الطائرات المناورة من أجل تحسين خصائص طيرانها. لحل هذه المشكلة ، من الضروري ، من بين أمور أخرى ، إجراء دراسات التصميم باستخدام الأساليب الحديثة للديناميكا الهوائية الحسابية.

في إجراء الحسابات العددية ، هناك مشكلة أخرى مرتبطة بدقة تحديد الخصائص الديناميكية الهوائية عند زوايا كبيرة من الهجوم.

لحل المهام في هذا العمل ، يتم إجراء كمية كبيرة من الدراسات الحسابية والتجريبية للتكوين الديناميكي الهوائي الموضوعي ، وهو أمر نموذجي للطائرات المناورة الحديثة والواعدة بسرعات منخفضة (M = 0.15) ومعتدلة (M = 0.6) في مجموعة واسعة من زوايا الهجوم والانزلاق.

في عدد من المقالات حول المواضيع المتعلقة بتدفقات الدوامة عند زوايا كبيرة من الهجوم ، يتم التعبير عن رأي حول عدم قابلية تطبيق نماذج الاضطراب RANS (متوسطات نافير ستوكس بمتوسط ​​رينولدز) لتحديد الخصائص الديناميكية الهوائية في هذه الأوضاع. تظهر هذه الورقة أن هذا البيان غير صحيح.

تعتبر مناهج حل الدوامة (DNS - المحاكاة العددية المباشرة ، LES - محاكاة الدوامة الكبيرة ، DES - محاكاة الدوامة المنفصلة) القائمة على حل الدوامات المضطربة الفردية باهظة الثمن. على سبيل المثال ، يتطلب نهج DNS حل الشبكة حتى مقياس كولموجوروف ، وفي نهج DES ، في منطقة تدفق الدوامة غير المتصلة ، يجب أن تقع خلية الشبكة الحسابية في النطاق القصوري من طيف اضطراب كولموغوروف أوبوخوف. بالإضافة إلى ذلك ، تستند هذه الأساليب على الحل العددي للمعادلات غير الثابتة.

في مرحلة التصميم الأيروديناميكي الأولي ، عندما يتم تحديد المعلمات الهندسية الأساسية للطائرة ، الضوابط ، والتي تنطوي على عدد كبير من الحسابات العددية للبحث عن حلول فنية جديدة ، من المستحيل بشكل أساسي استخدام هذه الأساليب.

لتحديد الخصائص الديناميكية الهوائية المتوسطة في الحسابات العددية ، تم استخدام نموذج الاضطراب ذي معادلتين من k-th SST نظرًا لأنه يتم تحديده من خلال معادلتين تفاضليتين إضافيتين لنقل الطاقة الحركية للاضطراب ومعدل تبديد الطاقة الحركية للاضطراب ، معبرًا عنه من حيث التردد المميز للنبض المضطرب إلى رئيسيين ، وهو ما يتوافق مع مبادئ التدفقات المضطربة - إنتاج الاضطراب وتبديده. ومع ذلك ، لا ينطبق نموذج الاضطراب هذا على حسابات تدفق الدوامة ، لأنه يشوه بشدة قيم معلمات التدفق في المناطق التي يوجد بها انحناء كبير في الانسيابات ، مما يؤدي إلى وضع مشوه إلى حد كبير من انفجار هياكل الدوامة ، مما يؤدي إلى تحديد غير دقيق للخصائص الديناميكية الهوائية. لهذا السبب ، استخدمنا إجراء التصحيح لنموذج الاضطراب هذا ، والذي يتمثل في تعديل التعبيرات التي تحدد إنتاج المعلمات المضطربة في المعادلات التفاضلية المقابلة لـ k و s. هذا النموذج من الاضطراب مع إجراء لتصحيح انحناء خطوط الانسياب جعل من الممكن الحصول على اتفاق مذهل بين نتائج الحساب والبيانات التجريبية التي أجريت في نفق الرياح في مجموعة واسعة من زوايا الهجوم والانزلاق. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء مقارنات في موقع انفجار الدوامة اعتمادًا على زاوية الهجوم على جناح مثلث رفيع في زوايا الهجوم فوق الحرجة ، وتم الحصول على عدم الخطية اعتمادًا على حركة نقطة انفجار الدوامة على طول زاوية الهجوم ، التي لوحظت في التجربة.

السبب في التنسيق الدقيق للخصائص الديناميكية الهوائية المحسوبة مع الخصائص التجريبية هو أن ظاهرة انفجار الدوامة ، التي تؤثر بشدة على الخصائص الديناميكية الهوائية الطولية والجانبية ، وسلوكها اعتمادًا على زاوية الهجوم والانزلاق ، تم تصميمها بشكل صحيح.

أيضا ، تم إجراء مجموعة من الدراسات الحسابية والتجريبية لتطوير أدوات تقنية مبتكرة للتحكم في تدفق الدوامة وتم تحديد المناطق التي تؤثر إلى أقصى حد على خصائص تدفق الدوامة - ظاهرة الانفجار والتداخل في هياكل الدوامة. يتم النظر في المواضع المختلفة للوحات الأنف ، وزوايا امتدادها ، والذيل الأفقي الأمامي المثبت على الأنف الزعانف للنموذج ، واللوحات الصغيرة المثبتة على الحافة الخلفية للجناح المائل المتعامد مع التدفق. وقد وجد أن هذه الوسائل التقنية تؤثر بشدة على الخصائص الديناميكية الهوائية بسبب التغيرات في هيكل تدفق الدوامة. تحلل الورقة التغييرات في هيكل التدفق.

وتجدر الإشارة إلى أن نتائج العمل تستخدم في قيادة مكاتب التصميم التجريبية في تصميم الطائرات الواعدة.