Υπολογιστική διερεύνηση της αεροελαστικής συμπεριφοράς πτερύγων στη διηχητική περιοχή

Abstract

Η αεροελαστική συμπεριφορά των πτερύγων αεροσκαφών αποτελεί κρίσιμο παράγοντα της αεροναυπηγικής, καθώς επηρεάζει σημαντικά την απόδοση πτήσης, την ασφάλεια και τη δομική ακεραιότητα. Στην διηχητική περιοχή, όπου η ροή μεταβαίνει από υποηχητικές σε υπερηχητικές ταχύτητες, πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ αεροδυναμικών φορτίων και δομικών παραμορφώσεων μπορούν να οδηγήσουν σε φαινόμενα όπως ο πτερυγισμός, η απόκλιση και άλλες αεροελαστικές αστάθειες. Η κατανόηση και η πρόβλεψη αυτών των συμπεριφορών είναι ουσιώδης για τον σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση αποδοτικών, ασφαλών και υψηλής απόδοσης πτερύγων. Η παρούσα μελέτη έχει ως στόχο την υπολογιστική διερεύνηση της αεροελαστικής συμπεριφοράς πτερύγων στην διηχητική περιοχή, επικεντρωμένη στις επιπτώσεις διαφόρων διαμορφώσεων πτερύγων, όπως το διάταμα, ο λόγος εκλέπτυνσης και η γωνία οπισθόκλισης. Ο στόχος είναι η αξιολόγηση της ευστάθειας και της σύγκλισης των παραγόμενων ταλαντώσεων υπό συγκεκριμένες συνθήκες ροής, προσφέροντας δεδομένα για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των πτερύγων προς μείωση των αεροελαστικών αστάθειών. Αναπτύχθηκε ένα πλαίσιο προσομοίωσης χρησιμοποιώντας εργαλεία Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD) και Ανάλυσης Πεπερασμένων Στοιχείων (FEA) για την προσομοίωση αεροελαστικών φαινομένων. Στο υπολογιστικό μοντέλο εφαρμόστηκε αλληλεπίδραση δομήςρευστού δύο διαδρομών με χρονικά βήματα, για τη δυναμική σύνδεση των μεταβαλλόμενων θέσεων της πτέρυγας με τις αεροδυναμικές φορτίσεις. Αυτή η μεθοδολογία διασφάλισε την ακριβή αναπαράσταση της αεροελαστικής συμπεριφοράς. Η αξιοπιστία του υπολογιστικού μοντέλου επιβεβαιώθηκε με τη χρήση πειραματικών δεδομένων. Αξιολογήθηκαν έτσι, διάφορες διαμορφώσεις πτερύγων υπό ροή Mach 0.96, μελετώντας τη φύση, τη συχνότητα και το πλάτος των παραγόμενων ταλαντώσεων. Παρατηρήθηκε ότι ο πτερυγισμός έχει μεγάλη ευαισθησία σε ταχύτητα, πυκνότητα και δομικές ιδιότητες. Επιπλέον, οι αναλύσεις του διατάματος και του λόγου εκλέπτυνσης έδειξαν σημαντικές επιδράσεις στις συχνότητες, τα πλάτη και τα μέτρα απόσβεσης. Επιπλέον, η έρευνα για την γωνία οπισθόκλισης τόνισε τον κρίσιμο ρόλο της, με τις διαμορφώσεις εμπροσθόκλισης να οδηγούν κυρίως σε απόκλιση αντί για πτερυγισμό. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τη σημασία της βελτιστοποίησης των διαμορφώσεων των πτερύγων για την ενίσχυση της ευστάθειας, συνεισφέροντας τελικά στον πιο ασφαλή και αποδοτικό σχεδιασμό αεροσκαφών.