دانلود پایان نامه ارشد درمورد شبیه‌سازی و تبدیل شدن


Widget not in any sidebars

از جهت اینکه چه ترکیبی از نیروها و گشتاورها برای مواجهه با اغتشاشات در نظر گرفته میشود از قواعد اختیاری زیر استفاده می‌شود[2]:
اغتشاشات در سرعت در ابتدا به وسیله نیروها مورد مخالفت قرار می‌گیرد.
اغتشاشات در سرعت های دورانی، تنها به وسیله گشتاورها مورد مخالفت قرار می‌گیرد.
اغتشاشات در زوایای حمله و سرش جانبی به وسیله گشتاورها مورد مخالفت قرار می‌گیرد.
در واقع در پایداری استاتیکی با اغتشاشات لحظه‌ایی وارد شده مخالفت می‌شود و در پایداری دینامیکی تمایل به کاهش دامنه نوسانات موضوع اصلی بحث می‌باشد.
شکل ‏13-تفاوت پایداری استاتیکی و دینامیکی[2]
همانگونه که درشکل ‏13 نشان داده شده است ممکن است یک جسم از نظر استاتیکی پایدار بوده و از نظر دینامیکی ناپایدار باشد.
ناپایداری دینامیکی کپسولهای بازگشتی
پس از مطالعه مفاهیم کلی پایداری به مطالعه پایداری دینامیکی اجسام بازگشتی و پارامترهای تاثیرگذار در ایجاد ناپایداری دینامیکی پرداخته میشود.
ناپایداری دینامیکی به پارامترهای متعددی وابسته است که برای پرداختن به آنها ابتدا لازم است منشاء ایجاد این ناپایداری و مکانیزم به وجود آمدن آن بررسی شود.برای این منظور کپسول بازگشتی MUSES_C در نظر گرفته شده است. توزیع فشار روی سطح کپسول بازگشتی MUSES_C و گردابه‌های ایجاد شده در پشت آن، منشاء اصلی ایجاد ناپایداری دینامیکی است که در ادامه به تفضیل به آنها پرداخته شده است. لازم به ذکر است این کپسول در سال 2002 با هدف جمعآوری نمونه به فضا پرتاب شده است. از مشخصات هندسی این کپسول میتوان به بالا بودن شعاع دماغه که باعث ایجاد پسای زیاد شده است و کم بودن طول بدنه که باعث کاهش وزن و ضریب بالستیک شده است، اشاره کرد[3].
توزیع فشار روی سطح کپسول بازگشتی
توزیع فشار روی سطح کپسول را می‌توان به دو ناحیه تقسیم کرد. جریان در ناحیه خارجی به طور مستقیم با موقعیت کپسول در ارتباط است. با تغییر موقعیت کپسول و در واقع با تغییر زاویه پیچشی، فشار ناحیه جلوی کپسول و ناحیه خارجی آن به طور آنی تغییر می‌کند. اما فشار ناحیه داخلی و قسمت پشت کپسول با یک تاخیر فاز نسبت به تغییر زاویه پیچشی تغییر می‌کند و علت این تاخیر فاز، زمانی است که طول می‌کشد تا اثرات این تغییر موقعیت، به ناحیه پشت کپسول برسد[3]. این تاخیر فاز در فشار، منشا ایجاد ناپایداری دینامیکی در کپسول بازگشتی می‌باشد. در شکل ‏14 توزیع فشار روی یک کپسول بازگشتی نشان داده شده است. در شکل ‏15 هم فازی فشار در قسمت جلوی کپسول و تاخیر فاز در فشار پشت کپسول نشان شده است.
شکل ‏14-توزیع فشار روی سطح کپسول بازگشتی MUSES_C در زاویه حمله10 درجه[3]
شکل ‏15-توزیع فشار روی سطح کپسول بازگشتی MUSES_C و تاخیر فاز ناحیه پشت کپسول[3]
گردابه ها
گردابه‌هایی که در ناحیه پشت کپسول تشکیل می‌شوند سهم بهسزایی در ایجاد ناپایداری دینامیکی دارند. فیزیک این گردابهها به صورت لزج، غیردائم و قوی میباشد که میتواند بسته به محل و نحوه ایجاد آن هم باعث پایداری و هم ناپایداری کپسول گردد. بنابراین درک درست فیزیک جریان در قسمت انتهایی بدنه میتواند کلید درک پایداری دینامیکی کپسولهای برگشتی باشد. شعاع بخش واسط در کپسولهای بلانت باعث تعیین محل ایجاد گردابه و قدرت آن میباشد. قسمت واسط موجهای انبساطی را ایجاد میکند که باعث تولید یک ناحیه کم فشار در پشت خود میشود. این ناحیه نیز باعث ایجاد یک گردابه در نزدیکی دنباله پشت بدنه میشود که تاثیرشان بر همدیگر باعث تولید جریان غیردائم میگردد. بنابراین حتی اگر کپسول در زاویه حمله صفر و جریان پایا حرکت کند، باز هم جریان در این قسمت به صورت غیردائم و با تغییرات زمانی میدان فشار بر روی کپسول میباشد.
گردابه‌های پشت کپسول بازگشتی، ترکیبی از یک گردابه حلقه‌ایی و یک جفت گردابه طولی (شکل ‏16) که از پیچش گردابه حلقه‌ایی ناشی می‌شود، می‌باشد. رفتار جریان برگشتی با شکل گردابه حلقه‌ایی در ارتباط است. در واقع این گردابه‌ها در برخورد با قسمت انتهایی کپسول توزیع فشار روی سطح را معین می‌کنند و در نتیجه در صورت وارد شدن اغتشاش به آن‌ها و ایجاد نوسان، این توزیع فشار نیز دست خوش نوسانات می‌شود[4].
شکل ‏16-گردابههای پشت کپسول بازگشتیMUSES_C در زاویه حمله 10درجه[4]
در شکل ‏17 خطوط جریان و گردابه‌های پشت یک کپسول بازگشتی نشان داده شده است.
شکل ‏17-خطوط جریان پشت کپسول بازگشتی MUSES_C در زاویه حمله 10درجه[4]
با توجه به تاخیر فاز فشار در ناحیه پشت کپسول و گردابه‌های ایجاد شده در این ناحیه مکانیزم ناپایداری به شرح زیر می‌باشد:
برخورد جریان برگشتی پشت کپسول با بدنه آن، توزیع فشار ناحیه پشت کپسول را تعیین می‌کند و رفتار این جریان معکوس شده به وسیله ساختار گردابه‌های پشت کپسول معین می‌شود. زمانی که زاویه پیچشی تغییر می‌کند تغییر در فشار انتهای کپسول، تا زمانی که اغتشاشات گردابه‌های طولی، که به وسیله نوسانات پیچشی به وجود آمده، به انتهای کپسول برسد به تاخیر می‌افتد و در صورت نامتقارن بودن این گردابه‌ها، که به پارامترهای زیادی وابسته است، توزیع فشار پشت کپسول، نامتقارن شده و این توزیع فشار نامتقارن به تشدید نوسانات کمک می‌کند و باعث ایجاد ناپایداری دینامیکی کپسول می‌شود[4]. در واقع پس از بررسی فیزیک حاکم بر جریان غیردائم حول اجسام بازگشتی میتوان نتیجه گرفت که علت ناپایداری دینامیکی وجود نیروهای فشاری ناپایا به دلیل تشکیل گردابههای ناپایا می‌باشد.
شبیه‌سازی عددی جریان ناپایا حول کپسولهای بازگشتی
امروزه دینامیک سیالات عددی (CFD) در حال تبدیل شدن به یک ابزار قدرتمند جهت طراحی و تحلیل آیرودینامیکی وسایل پرنده هوایی میباشد. در حال حاضر دینامیک سیالات عددی به شاخههای مختلفی تقسیم شده است و در هر یک از این شاخهها حجم بسیار گستردهای از تحقیقات در حال انجام است. به دلیل اهمیت کنترل پایداری دینامیکی اجسام بازگشتی، مطالعات فراوانی در این زمینه صورت گرفته است که پس از بررسی فیزیک حاکم بر جریان در اجسام بازگشتی بلانت به مطالعه تاریخچهای از حلهای عددی جریان حول کپسولهای بازگشتی پرداخته شده است.