بررسی عددی و بهینه‌سازی اسپینر ملخ هواپیمای هول‌دهنده در پهپادها

نیروی پیشران در وسایل پرنده بدون سرنشین معمولاً توسط ملخ‌ها تامین می‌شود. یک پرنده بدون سرنشین برای انجام‌ عملیات مختلف نیازمند بیشینه بودن نیروی پیشرانش و درعین‌حال کمینه بودن نیروی پسا است. عملکرد این وسیله پرنده می‌تواند تحت تاثیر اسپینر ملخ باشد. در صورت تحلیل صحیح از شکل آیرودینامیکی اسپینر،عملکرد ملخ می‌تواند بهبود یابد. در این تحقیق، طراحی آیرودینامیکی اسپینر مدنظرقرارگرفته و پارامترهای هندسی تاثیرگذار بر عملکرد پرنده مورد مطالعه قرار می‌گیرد. هدف نهایی، استفاده از اسپینر بهینه‌شده برای هواپیمای بدون سرنشین با ملخ دو پره‌ای است. این مهم با شناخت و بهینه یابی اجزای این دست از پرنده‌ها میسر می‌شود. ازاین رو در ابتدا شناخت و بررسی تاثیر هندسه اسپینر بر عملکرد آیرودینامیکی ملخ هول‌دهنده مورد بررسی قرار گرفت.سپس با شبیه‌سازی عددی بر پایه دینامیک سیالات محاسباتی وجود یا عدم وجود اسپینر مقایسه می‌شود. شبیه‌سازی عددی انجام‌شده در حالت گذرا و با در نظر گرفتن آشفتگی جریان به‌صورت سه‌بعدی انجام‌شده و به‌منظور اعتبارسنجی حل عددی نیز نتایج حاصله با نتایج منتشرشده مقایسه می‌شود. انگیزه پژوهش پیش‌رو، بهبود پنج متغیر طراحی  (شعاع صفحه‌ مبنای اسپینر)،  (طول مبنای اسپینر)،  (فاصله خالی میان اسپینر و کویلینگ)،  (زاویه شیب مبنای اسپینر) و (زاویه شیب کلاهک اسپینر) اسپینر ملخ هول‌دهنده و ارائه راهکارهایی برای انتخاب اسپینر مناسب توسط روشی کارآمد همچون تاگوچی، بوده است. این روند به‌گونه‌ای پیگیری شده است تا بازدهی مطلوبی برای ملخ حاصل گردد. در انتها این تلاش به بهینه‌سازی، طراحی و شبیه‌سازی یک اسپینر با عملکرد بالاتر ختم شد. در نتیجه وسیله پرنده‌ با اسپینرپیشنهادشده برای ملخ آن از بازده پیشرانش و نیروی پسای بدنه مناسبی برخوردار می‌باشد.

Numerical Study and Optimization of Pusher Propeller Spinner in Unmanned Aerial Vehicles

The propulsive force in an unmanned aerial vehicle is usually produced by propellers and the UAVs require maximum propulsive force and minimum drag force to perform various operations. The aircraft’s performance is influenced by the spinner shape; therefore, accurate analysis of its aerodynamic shape can improve the performance. In this research, the aerodynamic design of the spinner and the geometric parameters effective on the UAV performance are mentioned. The ultimate goal is to use an optimized spinner for dualpropeller UAVs. Initially, the effect of spinner geometry on the aerodynamic features of the pusher propeller is investigated. Then, a numerical simulation based on computational fluid dynamics is done and the outcomes for both the presence and the absence of spinner are compared. In the numerical simulations, the flow field is considered as threedimensional, unsteady and turbulent, and these results are compared with the published data for verification of the numerical procedure. The research’s motivation is to improve five design variables in the design of pusher propeller spinner namely,  (the radius of reference plane),  (the reference length),  (the gap between the spinner and cowling),  (the reference slope angle), and  (the slope angle of spinner cap) and to provide solutions to select the appropriate spinner by an efficient method such as the Taguchi method. This process is followed in such a way as to achieve the desired propeller performance as an objective function. Eventually, the optimum spinner which achieves improved performance, increased propeller propulsion efficiency and declined fuselage drag force is obtained.