شبیه‌سازی عددی سه بعدی بال غشایی با استفاده از روش اندرکنش سیال با سازه (fsi)

در این پژوهش روش کوپل دو طرفه ( اندرکنش دو طرفه سیال با سازه ) برای شبیه‌سازی بال غشایی مورد مصرف در هواپیماهای فوق سبک ارائه شده است. به این منظور، مدلسازی عددی توسط نرم افزار ansys و با استفاده از دو حلگر مجزا یکی برای سیال و دیگری برای سازه انجام گرفته است. برخلاف روش یک طرفه، در روش کوپل دو طرفه تغییر شکل بال غشایی در هر گام زمانی مورد توجه قرار می‌گیرد که باعث افزایش دقت شبیه سازی ‌می‌گردد. بال غشایی از پوشش پارچه روی پلن ناکا 2418 ساخته شده است. پارچه ارتوتروپیک و غیر متخلخل در نظر گرفته شده است. تاثیر زاویه حمله، مدول یانگ و ضخامت نمونه، روی ضرایب آیرودینامیکی و تغییر شکل بال غشایی بررسی و شبیه سازی‌ها در عدد رینولدز105 1× انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش مدول یانگ، باعث افزایش 18 درصدی ضریب برآ و کاهش 75 و 78 درصدی حداکثر جابجایی بال غشایی در جهت x و y می‌گردد. افزایش ضخامت نیز، باعث کاهش 85 و 80 درصدی حداکثر جابجایی بال غشایی در جهت x و y شد.

Three-Dimensional Numerical Simulation of a Membrane Wing Using the Two-Way Fluid Structure Interaction Approach

In this study the strongly coupled method (twoway fluid structural interaction (FSI)) is presented to simulate the membrane wings used in ultralight aircraft. In the present study, numerical modeling is performed by commercial software ANSYS using two separate solvers one for fluid and one for structure. Unlike the oneway method, the twoway coupled method, membrane wing deformation is considered at each time step, which increases the accuracy of the simulation. The membrane wings are made of fabric covering on the naca 2418 plan. fabric is considered to be orthotropic and nonporous. Influence of angle of attack, Young’s modulus and thickness of fabric on the aerodynamic coefficients and membrane wing deformation were investigated. All simulations were performed at Re=100000. The results show that increasing the Young’s modulus from 180.25 to 270 MPa reduces the maximum membrane displacement in X and Y direction by 81% and 78%, respectively. Increasing the fabric thickness from 0.4 to 0.6 mm also reduced the maximum displacement of the membrane wings in the X and Y directions by 85 and 80%, respectively.