تحلیل محاسباتی اثر شدت فرسایش لبه حملۀ ایرفویل بر صوت آیرودینامیکی

Abstract

فرسایش لبه حمله ایرفویل‌ها یکی از چالش‌های مهم در صنایع هوافضا و انرژی بادی است که به طور قابل توجهی بر عملکرد آیرودینامیکی و آلودگی صوتی تأثیر می‌گذارد. این پژوهش به بررسی تأثیر شدت فرسایش لبه حمله بر عملکرد و صوت مقاطع پره پرداخته است. برای این منظور از روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ[i] برای مدل‌سازی جریان آشفته و از معادلات تشابه آکوستیکی فاکس-ویلیامز و هاوکینز[ii] برای محاسبه نویز آکوستیکی استفاده شده است. ابتدا روش‌های محاسباتی با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شدند و سپس الگوهای فرسایش واقعی بر روی مقطع پره سه‌بعدی اعمال گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که فرسایش لبه حمله منجر به تغییرات قابل توجهی در ساختار جریان، افزایش قدرت گردابه‌ها و تأخیر در جدایش لایه مرزی می‌شود. با افزایش شدت فرسایش، افت نیروی برآ[iii] تا ۵ درصد و افزایش نیروی پسا تا ۱۰ درصد مشاهده می‌شود. همچنین، فرسایش لبه حمله باعث افزایش سطح فشار صوت[iv] در محدوده فرکانس‌های پایین می‌شود، به طوری که در حالت فرسودگی شدید، افزایش نویز آکوستیکی به 18/12 دسی‌بل در فاصله 2/19 متری رسیده است. این افزایش نویز عمدتاً ناشی از تقویت گردابه‌های بزرگ و کاهش میرایی صوت در فرکانس‌های پایین است. این مطالعه نه تنها مکانیسم‌های فیزیکی مرتبط با فرسایش لبه حمله را روشن می‌کند، بلکه راه‌حل‌هایی برای تشخیص سریع‌تر آسیب و کاهش اثرات نامطلوب آن بر عملکرد آیرودینامیکی و آلودگی صوتی ارائه می‌دهد. [i] Large Eddy Simulation, LES[ii] Ffowcs Williams-Hawkings, FWH[iii] Lift[iv] Sound pressure level, SPL