ارائه روش طراحی معکوس جدید پوسته الاستیک برای طراحی ایرفویل در رژیم های لزج مادون صوت و گذر صوت
چکیده
یکی از مهمترین اهداف در طراحی ایرفویل، تعیین هندسه ایرفویل براساس یک توزیع فشار مشخص در راستای دیواره ها می باشد، که طراحی معکوس شناخته می شود. در این روش، با توجه به توزیع سرعت یا توزیع فشار داده شده (هدف)، هندسه ایرفویلی مشخص می گردد که از لحاظ عملکرد آیرودینامیکی بهینه می باشد. هدف از این پژوهش، ارائه و توسعه یک روش نوین طراحی معکوس به نام پوسته الاستیک برای طراحی ایرفویل در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت می باشد. همچنین، در این پایان نامه روش طراحی معکوس غشای انعطاف پذیر نیز ارائه شده است. در واقع هدف مشخص نمودن تفاوت روش غشای انعطاف پذیر با روش الگوریتم پوسته الاستیک می باشد. الگوریتم پوسته الاستیک یک روش تکراری با مبنای فیزیکی می باشد، که از ترکیب حلگر جریان و کد المان محدود تیر دوبعدی به عنوان الگوریتم اصلاح هندسه تشکیل شده است. در این پایان نامه از دو حلگر جریان استفاده شده است که عبارتند از: 1- کد غیرلزج دوبعدی، که در آن برای تحلیل میدان جریان معادلات اویلری به روش ausm حل شده اند. 2- نرم افزار فلوئنت. در روش ارائه شده، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیر مدل شده است، که اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره های ایرفویل می باشد که با نزدیک شدن به توزیع فشار هدف، این اختلاف فشار به صفر نزدیک شده و باعث توقف حرکت دیواره ها می شود. برای همگرائی به هندسه مورد نظر، در هر مرحله تغییر شکل دیواره لازم است تنش های داخلی تیر صفر شوند. در این پژوهش، عملکرد روش طراحی معکوس پوسته الاستیک با بررسی ایرفویل های مختلف در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت مورد ارزیابی قرار می گیرد، که توانمندی روش در حضور جدایش جریان و شوک عمودی اثبات می شود. سپس مثال های طراحی متنوعی در رژیم جریان لزج و غیرلزج ارائه شده است که انعطاف پذیری وکارایی روش را نشان می دهد. همچنین، روش ارائه شده باید قابل رقابت یا ارزانتر از روش های موجود تکراری از دیدگاه هزینه محاسباتی و هزینه پیاده سازی باشد، بدین منظور نرخ همگرایی روش ارائه شده با نرخ همگرایی روش های غشای انعطاف پذیر و گلوله-اسپاین مقایسه شده است. نتایج نشان داد که روش ارائه شده نرخ همگرایی بالایی در رژیم جریان گذرصوت دارد. بنابراین، الگوریتم پوسته الاستیک ابزاری کارآمد در رژیم جریان گذر صوت می باشد. از دیگر مزایای روش توسعه یافته ابداعی در این پژوهش، می توان به فیزیکی بودن الگوریتم، نرخ همگرایی بالا و ترکیب سریع و آسان آن با یک کد تحلیلی جامع و بهینه اشاره کرد.