Separated and Vortical Flow in Aircraft Wing Aerodynamics: Basic Principles and Unit Problems

ویرایش: [1st ed.] 
نویسندگان: Ernst Heinrich Hirschel,  Arthur Rizzi,  Christian Breitsamter,  Werner Staudacher  
سری:  
ISBN (شابک) : 9783662613269, 9783662613283 
ناشر: Springer Berlin Heidelberg;Springer 
سال نشر: 2021 
تعداد صفحات: XV, 456
[458] 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 24 Mb 

قیمت کتاب (تومان) : 45,000



جنبه‌های مکانیکی سیالات جریان جداشده و گردابی در آیرودینامیک بال هواپیما بررسی می‌شوند. تمرکز بر دو کلاس بال است: (1) بال های با نسبت ابعاد بزرگ و (2) بال های نوع دلتا با نسبت ابعاد کوچک. به طور کلی به مسائل طراحی آیرودینامیکی پرداخته نمی شود.

روش های شبیه سازی عددی گسسته به تدریج نقش بزرگ تری در طراحی و توسعه هواپیما ایفا می کنند. بر این اساس، در مقدمه کتاب، مدل‌های ریاضی مختلفی در نظر گرفته شده است که زیربنای روش‌های محاسباتی آیرودینامیکی (روش‌های پانل، RANS و روش‌های تفکیک مقیاس) هستند. روش‌های خاص، روش‌های اویلر هستند که به عنوان روش‌های نسبتاً ارزان، اثرات تراکم‌پذیری را در بر می‌گیرند و همچنین امکان توصیف جریان بال بالابری را فراهم می‌کنند.

مفهوم محتوای گردابه‌ای فعال و غیرفعال سینماتیکی لایه‌های برشی، بینش بسیاری از جریان‌ها را می‌دهد. پدیده ها، اما همچنین، با دومین شکست تقارن --- مورد اول به دلیل شرایط کوتا است --- توضیحی در مورد میدان های جریان بال بالابر. پیش نیاز تعریف گسترده ای از جداسازی است: "جداسازی جریان" در لبه های انتهایی تیز بال های کلاس (1) و در لبه های جلویی تیز بال های کلاس (2). مفهوم گردابی-محتوا، با شرایط سازگاری برای جداسازی جریان در لبه‌های تیز، به درک ویژگی‌های لایه گردابی دنباله‌دار در حال تکامل و جفت گرداب‌های دنباله‌دار بال‌های کلاس (1) اجازه می‌دهد. این مفهوم همچنین نشان می‌دهد که روش‌های اویلر در لبه‌های تیزی مثلثی یا خطی بال‌های کلاس (2) می‌توانند نتایج قابل اعتمادی ارائه دهند.

سه موضوع اصلی بررسی می‌شود:

1) اصول اساسی ابتدا در نظر گرفته می شوند: جریان لایه مرزی، نظریه گرداب، محتوای گردابی لایه های برشی، راه حل های اویلر برای بلند کردن بال ها، وضعیت کوتا در واقعیت و توپولوژی اصطکاک پوست و میدان های سرعت.

2) مسائل واحدپدیده های جریان جدا شده از دو کلاس بال را درمان می کند. قابلیت های روش پانل و اویلر بررسی شده است. مشکل یک واحد جریان عبوری از بال مدل تحقیقاتی مشترک ناسا است. سایر مشکلات واحد مربوط به سیستم گرداب سمت چپ است که در آزمایش‌های Vortex-Flow 1 و 2 پیکربندی دلتای تیز و بدون لبه، در یک بال دلتا با لبه‌های جلویی تا حدی گرد، و همچنین در بال دلتا با سرعت مافوق صوت ظاهر می‌شود.

3) مشکلات جریان انتخاب شده از دو کلاس بال. در بخش های کوتاه مشکلات طراحی عملی مورد بحث قرار می گیرد. درمان جریان گذشته بدنه، اگرچه مطلوب است، اما در چارچوب این کتاب امکان پذیر نبود.

Fluid mechanical aspects of separated and vortical flow in aircraft wing aerodynamics are treated. The focus is on two wing classes: (1) large aspect-ratio wings and (2) small aspect-ratio delta-type wings. Aerodynamic design issues in general are not dealt with.

Discrete numerical simulation methods play a progressively larger role in aircraft design and development. Accordingly, in the introduction to the book the different mathematical models are considered, which underlie the aerodynamic computation methods (panel methods, RANS and scale-resolving methods). Special methods are the Euler methods, which as rather inexpensive methods embrace compressibility effects and also permit to describe lifting-wing flow.

The concept of the kinematically active and inactive vorticity content of shear layers gives insight into many flow phenomena, but also, with the second break of symmetry---the first one is due to the Kutta condition---an explanation of lifting-wing flow fields. The prerequisite is an extended definition of separation: “flow-off separation” at sharp trailing edges of class (1) wings and at sharp leading edges of class (2) wings. The vorticity-content concept, with a compatibility condition for flow-off separation at sharp edges, permits to understand the properties of the evolving trailing vortex layer and the resulting pair of trailing vortices of class (1) wings. The concept also shows that Euler methods at sharp delta or strake leading edges of class (2) wings can give reliable results.

Three main topics are treated:

1) Basic Principles are considered first: boundary-layer flow, vortex theory, the vorticity content of shear layers, Euler solutions for lifting wings, the Kutta condition in reality and the topology of skin-friction and velocity fields.

2) Unit Problems treat isolated flow phenomena of the two wing classes. Capabilities of panel and Euler methods are investigated. One Unit Problem is the flow past the wing of the NASA Common Research Model. Other Unit Problems concern the lee-side vortex system appearing at the Vortex-Flow Experiment 1 and 2 sharp- and blunt-edged delta configurations, at a delta wing with partly round leading edges, and also at the Blunt Delta Wing at hypersonic speed.

3) Selected Flow Problems of the two wing classes. In short sections practical design problems are discussed. The treatment of flow past fuselages, although desirable, was not possible in the frame of this book.