שלום לכולם,
בימים אלו אני מסיים לימודי תואר ראשון בהנדסת מכונות באוניברסיטת תל אביב.
במסגרת פרויקט הגמר שלי (שבשעה טובה לא מזמן הגשתי
) ביצעתי כמה אנליזות זרימה CFD שחשבתי שיעניינו אתכם ויכולים לתרום דיון בפורום.
CFD – computational fluid dynamics, בגדול זה חישוב נומרי של משטר הזרימה ע"י חלוקת נפח בקרה מסוים (שתוחם בתוכו את הכנף\מצנח) לחלקים קטנים (נפחים\אלמנטים סופיים) ופתרון של סט של משוואות בכל אחד מהנפחים הנ"ל. הרעיון אומר שהשינויים בזרימה בכל אחד מהנפחים הסופיים הנ"ל הוא קטן ולכן בהינתן תנאי התחלה ותנאי שפה ניתן לפתור את כל התחום החישובי ולקבל את צורת הזרימה ופרמטרים נוספים כגון לחץ מהירות וכדומה בכל מקום במרחב ובפרט על פני הכנף.
במסגרת הפרויקט בוצעו 2 סוגים עיקריים של אנליזות:
• אנליזה תלת ממדית של מצנח מלא - יועלה בפוסט נפרד בהמשך
• אנליזה דו ממדית – השוואה בין פרופיל רגיל (ללא פתח לכניסת אוויר) לבין פרופיל של מצנח , בו יש את החתך.
אני מצרף את התמונות של האנליזה הדו ממדית ואת המסקנות העיקריות מתוך העבודה, האנליזה התלת ממדית על החופה המלאה בהמשך....
בברכת טיסות בטוחות לכולם,
יונתן קוהן
אנליזות 2D השוואה בין פרופיל מצנח לפרופיל קלאסי (שפת התקפה סגורה) פרטים כלליים:• שני האנליזות בהשוואה בוצעו בזוויות התקפה של 7.5 מעלות ומספר ריינולדס של 1 מליון.
• הפרופיל הוא הפרופיל האמיתי שנמצא ב KARMA, מצנח מתחילים של עפקו
• אורך המייתר - 2 מ'
• העובי מקסימאלי, מצוין כאחוז מהמיתר 17.72% ב - 24% מהמיתר
• תחילת הפתח ב - 1% מהמיתר
• סוף הפתח ב - 5% מהמיתר
תמונות:
1. רישות – mesh – פרופיל פתוח
2. רישות – mesh – פרופיל סגור
3. קווי זרם צבועים ע"פ עוצמת המהירות – פרופיל פתוח
4. קווי זרם צבועים ע"פ עוצמת המהירות – פרופיל סגור
5. קווי מתאר צבועים ע"פ עוצמת מהירות – פרופיל פתוח
6. קווי מתאר צבועים ע"פ עוצמת מהירות – פרופיל סגור
7. קווי מתאר צבועים ע"פ לחץ סטטי – פרופיל פתוח
8. קווי מתאר צבועים ע"פ לחץ סטטי – פרופיל סגור
9. טבלת סיכום פרמטרים אווירודינמיים
מסקנות:השוואת הפרמטרים האווירודינמיים (התמונה האחרונה)• הניסוי הנ"ל בוצע על מנת לבצע אופטימיזציה לגודל ומיקום החתך.
ע"פ התוצאות שמוצגות בגרף השוואת הפרמטרים האווירודינמיים ניתן לראות שביחס הגלישה התקבלה סטייה יחסית אשר קטנה מ -3% בין הפרופיל הפתוח לסגור.
בהתאם לתוצאה זאת הגעתי למסקנה שמיקום החתך הנוכחי הוא כבר אופטימאלי וזאת מהסיבות הנ"ל:
א. יש ליזכור שיחס הגלישה של הכנף הוא רק פרמטר אחד מבין מכלול של פרמטרים המשפיעים על ביצועי המצנח. ע"פ פרק 5 בפרויקט גרר הפרופיל נא בין 35% - 50% ולכן גם עם ניקח את הערך הגבוה 50%, אופטימיזציה מלאה של החתך (שהיא הפרופיל הסגור) תביא תיאורטית לשיפור של 1.5% בלבד והלכה למעשה כנראה אפילו פחות מכיוון שלא ניתן למנוע לגמרי את הירידה בביצועי הפרופיל עקב החתך.
ב. מיקום וגודל החתך הם פרמטריים קריטיים לבטיחות המצנח. הם משפיעים על מהירות פתיחת המצנח בעת קיפול באוויר ועל הלחץ הפנימי בזוויות התקפה שונות. החתך הקיים כבר נבדק אמפירית וקיים בדגם מסחרי של מצנח רחיפה. שינויים בגיאומטריית החתך עלולה ליצור בעיות בטיחות ובהתאם לשיפורים האווירודינמיים שצפויים להתקבל שינויים אלה אינם כדאיים.
• מהניסוי למדתי שהלחץ בתוך הפרופיל הוא בקירוב לחץ קבוע בכל התחום וערכו גבוה מלחץ הסביבה.
• קיימת זרימה בתוך נפח הפרופיל אך היא איטית מאוד ביחס לזרימה מחוץ לפרופיל, איור 8.14. אם זאת יש לציין שבמקרה ה - תלת ממדי של כנף סופית כן צפויה זרימה פנימית בין תאי המצנח.
• בשני סוגי הפרופילים ניתן להבחין בתופעת הינתקות שמתרחשת לקראת שפת הזרימה.
• בכל אנליזה ביצעתי פתרון, קבוע בזמן ופתרון תלוי בזמן עם צעדי זמן של 0.001 שניה . ביצוע הרצה תלויה בזמן נועדה על מנת לשלול מחזוריות במקדמי עילוי וגרר שעלולה להתרחש עקב השלת ערבולים (Vortex shedding).
