تحلیل تجربی و عددی میدان جریان پایین دست یک ملخ جلوبرنده در شرایط استاتیکی با ارائه روابط نیمه‌تجربی

در مقاله حاضر به بررسی آزمایشگاهی میدان جریان در پایین‌دست یک ملخ جلوبرنده در اعداد رینولدز کم و در شرایط عملکرد استاتیکی (سرعت پروازی صفر) پرداخته می‌شود. این ملخ، قابلیت استفاده در پرنده‌های بدون سرنشین را دارد. قطر ملخ 56 سانتیمتر است و در دورهای 2550 تا 5670 دور بر دقیقه مورد آزمایش قرار می‌گیرد. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که افزایش دور ملخ باعث افزایش سرعت القایی جریان می‌شود. ضریب چرخش جریان و ضریب جریان محوری در دورهای مختلف، با افزایش شعاع ملخ کاهش می‌یابد. نتایج تجربی سرعت مطلق جریان چرخشی در پایین‌دست لبه فرار ایرفویل پره ملخ نشان می‌دهد که در شرایط استاتیکی، توزیع شعاعی سرعت با دقت مناسبی شبیه به تئوری گردابه آزاد جریان است. برای تغییرات نسبت چرخش جریان و ضریب جریان محوری در پایین دست پره ملخ در شرایط استاتیکی به ازای r/r<0.8 روابط نیمه‌تجربی پیشنهاد شده است. همچنین ملخ به صورت عددی شبیه‌سازی شده است. درصد انحراف معیار نسبی نتایج عددی و تجربی در نیروی جلوبرنده ملخ 4/0 درصد و درصد انحراف معیار نسبی در توان مصرفی 4/1 درصد است. مقدار ضریب نمایی n برای پیش بینی عددی سرعت محوری پشت پره ملخ در شرایط استاتیکی تا محدوده 80 درصدی شعاع پره ملخ، با نتایج تجربی دارای 7/7 درصد انحراف معیار نسبی است.

experimental and numerical analysis of a propeller downstream flow at static conditions and determination of semi-empirical equations

in the current paper, downstream flow field of a propeller at low reynolds numbers and at static conditions (zero flight speed) is investigated experimentally. this propeller can be utilized in uavs. propeller diameter is 56 centimeter and it is investigated at 2550 to 5670 rpm experimentally. experiment results show that propeller rpm increasing, increases induction velocity. flow swirl ratio and axial flow coefficient decrease along propeller radius at different propeller rpm. experimental results of absolute velocity of swirl flow at the propeller airfoil trailing edge downstream is fairly similar to the free vortex flow theory at static condition along the blade radius.  at static condition for r/r<0.8, semiempirical equations are suggested for variation of flow swirl ratio and axial flow coefficient at downstream of propeller. the propeller is also simulated with numerical simulations. relative standard deviation of numerical and experimental results for propeller thrust and power are 0.4 and 4.1, respectively. the exponential coefficient (n) which predicts numerical axial flow downstream of propeller for r/r<0.8 has a 7.7 relative standard deviation with experimental results at static condition.