सुपरसोनिक विमान डिजाइन करते समय पवन सुरंग मॉडल का उपयोग कैसे किया जाता है?

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इसमें दो चीजें शामिल हैं: वेव ड्रैग और बाउंड्री लेयर सेपरेशन। वेव ड्रैग मच संख्या पर निर्भर करता है जबकि बाद वाला प्रवाह के रेनॉल्ड्स संख्या पर निर्भर करता है । यह आने वाली मच संख्या को बनाए रखना आसान है क्योंकि यह ज्यामिति से स्वतंत्र है; हालांकि, रेनॉल्ड्स संख्या मॉडल की ज्यामिति पर निर्भर करती है।

फिर से = \frac{ρ यू घ}{μ}

$\text{Re} = \frac{\rho u d}{\mu}$

यदि हवा का उपयोग एक माध्यम के रूप में किया जाता है, तो यह मानते हुए कि प्रवाह को एक निरंतर मच संख्या पर बनाए रखा जाना है, और को गैस गतिशील संबंधों द्वारा तय किया जाएगा। हमारे हाथों से बहुत बाहर है, इसलिए केवल गैर-निश्चित पैरामीटर । $\rho$ $u$ $\mu$ $d$

चूँकि एक वास्तविक विमान की तुलना में एक मॉडल के लिए बहुत छोटा है, प्रवाह में वास्तविक विमान की तुलना में एक कम होगा। यह एक वास्तविक विमान की तुलना में एक मॉडल के लिए अलग प्रवाह पृथक्करण विशेषताओं देगा। $d$ $\text{Re}$

सबसोनिक परीक्षण में, केवल एक चीज जो मायने रखती है वह है , जिसे दिए गए लिए को ट्वीक करके वास्तविक आकार के साथ मिलान करने के लिए ठीक से ट्यून किया जा सकता है । लेकिन सुपरसोनिक प्रवाह में, हम उस विलासिता, के रूप में की जरूरत नहीं है भेजे प्रवाह की मच संख्या से निर्धारित होता है। $\text{Re}$ $u$ $d$ $u$

तो पवन सुरंग मॉडल का उपयोग विमान, अंतरिक्ष यान और मिसाइलों के डिजाइन के लिए कैसे किया जाता है? क्या प्रवाह जुदाई की भविष्यवाणी करने के लिए सुधार तकनीकें बेहतर हैं? क्या सीएफडी डेटा से निपटने के लिए समान तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है?

— सुबोध
स्रोत

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इस विषय में शामिल अवधारणाएँ बहुत अच्छी हैं और मैं इसे हतोत्साहित नहीं करना चाहता। हालांकि, इस सवाल का सार सुपरसोनिक पवन सुरंगों पर विकिपीडिया लेख के दूसरे वाक्य में दिया गया है । मैं स्केलिंग की व्यावहारिकताओं पर अधिक सवाल देखना पसंद करूंगा (मैं जल्द ही कुछ अलग विषय पर अपना एक पोस्ट कर सकता हूं)।

— दान

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लगभग 40 साल पहले फ्लूड डायनेमिक्स समुदाय में, समूह को मुख्य रूप से प्रयोगवादियों और सिद्धांतकारों में विभाजित किया गया था। हालांकि, उस समय सीएफडी काफी नया था, महंगे सुपर कंप्यूटरों पर चलाया जाना था, और अविश्वास था। यह काफी सामान्य था कि एक सिद्धांतवादी या प्रयोगवादी सीएफडी के परिणामों को सर्वोत्तम छूट देगा, जबकि अन्य सीएफडी परिणामों को पूरी तरह से बेकार मान सकते हैं। वास्तव में, मेरे पूर्व पीएचडी सलाहकार डॉ। डेविड व्हिटफील्ड, अर्नाल्ड इंजीनियरिंग डेवलपमेंट कॉम्प्लेक्स (एईडीसी) में एरोडायनामिक्स प्रयोगों के साथ सीएफडी का उपयोग करने वाले शुरुआती अग्रदूतों में से एक थे। यह संदर्भ उन दिनों में CFD के बारे में अच्छी तरह से सोच को स्पष्ट करता है:

AEDC में, CFD का उपयोग पवन सुरंग परीक्षण के पूरक के लिए किया गया था, लेकिन डॉ। व्हिटफ़ील्ड के अनुसार, 1970 के दशक की शुरुआत में बहुत सारे लोग CFD में विश्वास नहीं करते थे।

"वास्तव में," उन्होंने कहा, "1970 के दशक की शुरुआत में एईडीसी के भीतर सीएफडी को बढ़ावा देने के मेरे प्रयासों ने शायद मुझे किक आउट कर दिया, या सबसे महोगनी दरवाजे के माध्यम से। हालांकि, जब सीएफडी का उपयोग प्रवाह की अस्थिरता समस्या के स्रोत को समझाने के लिए किया गया था। 16T का परीक्षण खंड, और जब VKF में AEDC फेलो डॉ। जॉन एडम्स के सीएफडी समूह ने बताया कि वास्तव में मच 12 में एक सुरंग कैसे चल रही थी और मच 16 जैसा पहले नहीं सोचा गया था, सीएफडी को नया जीवन मिला। "

"मुझे एक बार बताया गया था कि 'एईडीसी एक परीक्षण-डेटा जगह है, और सीएफडी के लिए कोई जगह नहीं है," उन्होंने समझाया। "हमारा उद्देश्य सुरंगों को चलाने वाले लोगों को अपने काम को बेहतर तरीके से करने में मदद करना था। मुझे नहीं लगता कि एईडीसी को केवल एक 'परीक्षण-डेटा' जगह होना चाहिए। बल्कि यह समस्याओं के समाधान और भौतिक समझ के लिए एक जगह होनी चाहिए। , और प्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करने वालों और अंकशास्त्र पर ध्यान केंद्रित करने वालों के बीच आपसी सहयोग से इसे बेहतर तरीके से पूरा किया जा सकता है। ''

उन दिनों में, आम तौर पर डिजाइनर एक नया प्रोटोटाइप डिजाइन करते थे और इसे परीक्षण करने के लिए पवन सुरंग में भेजते थे, और शायद उसी समय कुछ सीएफडी का प्रदर्शन किया जाता होगा। आम तौर पर निर्मित और परीक्षण किए जाने वाले कई प्रोटोटाइप होंगे, जो बहुत महंगा था। एक ऐसी प्रायोगिक सुविधा जहां मैं काम करता था, परीक्षण के लिए प्रति दिन $ 16,000 का शुल्क लेता था। दूसरी ओर, मजबूत ओपन सोर्स CFD कोड के विकास के साथ, जैसे कि OpenFoam, और क्लस्टर कंप्यूटर, CFD सिमुलेशन काफी सस्ते हैं।

इसलिए, समय के साथ सीएफडी परिपक्व होना शुरू हुआ, और क्लस्टर कंप्यूटर के लोकप्रिय होने के साथ सस्ते में चलाना काफी संभव हो गया। AIAA जर्नल जैसी पत्रिकाओं में प्रकाशित होने वाले प्रयोगों के साथ अधिक से अधिक मान्यताओं के साथ, CFD मॉडल पर अधिक से अधिक भरोसा किया जाने लगा है। आजकल, चल रहे प्रयोगों की लागत सीएफडी सिमुलेशन चलाने की तुलना में बहुत अधिक महंगी है। इसलिए, प्रारंभिक डिजाइन चरणों में अधिक सीएफडी सिमुलेशन का उपयोग किया जाता है, जिसमें कई पुनरावृत्तियां होती हैं, और इन दिनों भी सीएफडी-आधारित डिजाइन अनुकूलन (सीडीओ) अक्सर डिजाइन प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है।

आजकल, यह मेरी समझ है कि पवन सुरंगों का उपयोग इन दिनों मुख्य रूप से निम्नलिखित कारणों से किया जाता है: (1) अंतिम रूप दिए गए प्रोटोटाइप का परीक्षण, और (2) सुपरसोनिक प्रवाह में मौलिक शोध करना, विशेष रूप से अधिक सटीक संख्यात्मक मॉडल विकसित करने के लिए।

प्रवाह समानता को प्राप्त करने के संबंध में, जब आपके पास दो अलग-अलग गैर-आयामी संख्याएं होती हैं, जैसे कि रेनॉल्ड्स संख्या और मच संख्या, तो प्रयोगात्मकता को चुनना होगा कि कौन सी संख्या मिलान के लिए सबसे महत्वपूर्ण है। सबसोनिक प्रवाह के लिए, रेनॉल्ड्स संख्या का उपयोग किया जाना चाहिए, जबकि ट्रांसोनिक और सुपरसोनिक प्रवाह के लिए मच संख्या का उपयोग किया जाना चाहिए।

$^{\circ}$ सी, लेकिन केवल 50 मिलियन प्रति मीटर की अधिकतम रेनॉल्ड्स संख्या प्राप्त करता है। 9 मीटर की अधिकतम परीक्षण खंड लंबाई के साथ, अधिकतम संभव रेनॉल्ड्स संख्या 450,000,000 होगी, अभी भी बोइंग 747 की तुलना में आधे से भी कम है। इन मामलों में, लोगों ने बड़े पैमाने पर परिणामों को स्केल करने के तरीके से निपटने के लिए स्केलिंग कानून विकसित किए हैं। रेनॉल्ड्स संख्या। स्केलिंग को मुख्य रूप से सीमा की परत की मोटाई के साथ करना पड़ता है, जो अन्य चीजों जैसे त्वचा के घर्षण, और अंततः लिफ्ट और खींचें को भी प्रभावित करता है। इन मुद्दों पर चर्चा के लिए प्रिंसटन यूनिवर्सिटी में 2003 में एक विशेष सम्मेलन आयोजित किया गया था। उस सम्मेलन के परिणाम इस पुस्तक थे: http://link.springer.com/book/10.1007/978-94-007009999-3

— वेस
स्रोत

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मेरे अनुभव प्रयोगों से केवल इसका उपयोग किया जाता है:

संख्यात्मक विधियों को मान्य करें
प्रवाह की उन विशेषताओं को हल करें जो CFD द्वारा सही तरीके से कैप्चर नहीं की जाती हैं (जैसे अस्थिर प्रवाह, लंबाई और समय के अंतर, द्रव-संरचना संरक्षण)

जैसा कि @Wes ने कहा है कि आधुनिक सीएफडी की गुणवत्ता और सटीकता आधुनिक समूहों की कंप्यूटिंग शक्ति के साथ इतनी अधिक है कि साधारण प्रयोगों का संचालन सामान्य रूप से अब इसके लायक नहीं है।

— rul30
स्रोत