vortex generator از دیدگاه تخصصی تر

 یکی از جنبه های اصلی برای صرفه جویی در مصرف انرژی و حفظ محیط زیست، کاهش مصرف سوخت هواپیماها می باشد که بدون شک آیرودینامیک نقش مهمی در طراحی دارد. اگرچه ایجاد یک شکل ایده آل آیرودینامیکی بسیار دشوار است و گاها مقرون به صرفه نیست ولی می توان با تقویت خصوصیات آیرودینامیکی به این مهم دست یافت. شاخص آیرودینامیک خودرو با ضریب درگ Cd سنجیده میشود که این عدد برای اجسام مکعبی بزرگتر از1  است. در شکل 1 ضریب پسا برای شکل های مختلف آورده شده است تا محدوده تغییرات ضریب پسا بهتر آشکار شود. یکی از دلایل ایجاد نیروی پسا ناخواسته در آیرودینامیک، جدایش جریان از سطح است. شیوه های مختلفی برای جلوگیری از جدایش لایه مرزی در هواپیما و کاربردهای مهندسی وجود دارد. عموما در صنایع هوایی برای جلوگیری ازجدایش جریان، از مولدهای گردابه استفاده میشود. مولدگردابه در تاخیر جدایی جریان و انتقال نقطه جدایش تاثیر گذار است. مولدگردابه سبب ایجاد جریان مغشوش می شود که این مسئله باعث تاخیر جدایش میشود.

با افزایش روز افزون قیمت سوخت و توجهات گسترده و اعمال سختگیرانه قوانین آلایندگی در حفظ محیط زیست، کشورها در حال حرکت به سمت کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی هستند که این موضوع باعث شده صنایع هواپیما سازی در تولید هواپیما با بازده بالا و مصرف سوخت کم قدم بگذارند. از همان سال های ساخت اولین هواپیما توسط برادران رایت سعی بر آن بود که شکل خارجی هواپیما به گونه ای باشد تا کمترین نیروی پسا را ایجاد نماید که بتوان آنرا با حداقل نیروی پیشرانش به جلو راند.

جدایش جریان

جدایی جریان یک مشکل بزرگ در جریان خارجی است که باعث افزایش نیروی پسا میشود و کنترل جدایش جریان نیازمند تشخیص محل جدایش است. در نقطه جدایش   است که به معنی عدم وجود تنش در این نقطه میباشد. جدایش لایه مرزی یا بدلیل گرادیان فشار مخالف و یا تغییرات شدید در هندسه سطح اتفاق می افتد که این پدیده مانع پیشروی جریان به پشت بال می شود.

پروفیل سرعت روی بال در شکل2 نشان داده شده است. از آنجاییکه ارتفاع بال در این قسمت کاهش می یابد انباشتگی جریان هوا زیاد شده و باعث افزایش فشار پایین دست جریان میشود که باعث بوجود آمدن یک نیروی برگشتی خلاف جهت جریان اصلی در نقطه C میشود. در نقطه A جریان برگشتی به این دلیل که مومنتوم لایه مرزی بر گرادیان فشار (dp/dx) غالب است اتفاق نمی افتد. بین نقطه A و نقطه C در نقطه B گرادیان فشار و مومنتوم لایه مرزی بالانس میشوند که این نقطه، نقطه جدایش نامیده میشود. لایه های مرزی توربولانت نسبت به لایه های مرزی لامینار مقاومت بیشتری مقابل گرادیان فشار مخالف ایجاد شده، نشان میدهند. این مقاومت ناشی از وارد شدن مومنتوم زیادی به جریان مجاور سطح توسط توربولانت لایه مرزی میباشد. از رفتار جریان چنین استنباط میشود که با کاهش فشار در راستای جریان، تمایل جریان به جدایش کاهش می یابد

همانطورکه در شکل2دیده میشود در قسمت پایین دست جریان بدلیل نبود مومنتوم کافی، جهت جریان خلاف جهت اصلی جریان میشود. هدف از افزودن مولد گردابه به انتهای بال تامین مومنتوم با ایجاد گردابه هایی توسط مولد گردابه ها برای ناحیه ای که مومنتوم از دست داده اند، میباشد که این مولدهای گردابه قبل از نقطه جدایش جریان قرار میگیرند. این عمل باعث میشود محل جدایش به عقب تر انتقال یابد و باعث کاهش سرعت در نقطه جدایش انتقال یافته شود که در نتیجته فشار استاتیکی افزایش یابد.

به قلم مرتضی مولوی