Effects of morphing on aeroelastic behavior of unmanned aerial vehicle wings
Şekil değiştirebilmenin insansız hava aracı kanatlarının aeroelastik davranışına etkileri
- Tez No: 355306
- Danışmanlar: PROF. DR. YAVUZ YAMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aeroelastik Analizler, Çırpmanın Öngörümü, Şekil Değiştirebilen Kanatların Tasarımı, Basitleştirilmiş Aeroelastik Modelleme, Aeroelastic Analyses, Flutter Prediction, Morphing Wing Design, Reduced Order Aeroelastic Modeling
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Şekil değiştirebilen uçak teknolojileri geçtiğimiz on yılda havacılık sanayisinde ilgi odağı haline gelmiştir. Uçağın aerodinamik ve/ veya uçuş performansı açısından amaçlanan en iyileştirmesi, karbondioksit salınımının ve gürültü düzeylerinin azalması gibi faydalarının yanı sıra, aeroelastik davranışın olumsuz yönde etkilenmesi gibi yapısal kaynaklı sorunların da ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Bu yapısal problemler dikkatlice belirlenmeli ve kavramsal tasarım aşamasından başlayarak giderilmeye çalışılmalıdır. Bu çalışmanın hedefi, başta insansız hava aracı kanatlarının doğrusal aeroelastik davranışı olmak üzere, şekil değiştirebilmenin olası etkileri hakkında kapsamlı bir bakış açısı sağlamaktır. Çalışmada kalkış, tırmanış, seyir ve avare uçuş olmak üzere dört farklı uçuş evresi incelenmiştir. Bu dört evrede kullanılması düşünülen insansız hava aracı kanadının hücum ve firar kenarı mekanizmaları, teleskopik kaburga ve kiriş mekanizmaları gibi bazı şekil değiştirme mekanizmaları yardımıyla veter, kanat açıklığı, süpürme açısı ve kambur değişimine uğradığı varsayılmıştır. Dört farklı kanat geometrisi elde edilirken; uçak tasarım viii gereksinimleri, uçak performans gereksinimleri, uçak yapısı gereksinimleri göz önünde bulundurulmuştur. Gereksinimler açısından asgari değerleri sağlayan ancak bu gereksinimler açısından hiçbir şekilde en iyileştirilme süreçleri uygulanmayan bu dört kanat şekli, doğrusal aeroelastik kararlılık açısından incelenmiştir. Kanat kuşbakışı görüntüsünün değişime uğradığı, bu dört farklı uçuş evrelerindeki çırpma ve ayrılma hızları tez sürecinde geliştirilen özgün bir bilgisayar programı yardımıyla belirlenmiştir. Şekil değiştirebilen kanatların farklı uçuş evrelerindeki aeroelastik modelleri, iki-serbestlik-dereceli ve üç-serbestlik-dereceli düşük mertebe modeller olarak geliştirilmiştir. Değişken aerodinamik yükler Theodorsen teorisi kullanılarak gösterilmiştir. Kanatların yapısal özellikleri, farklı uçuş rejimlerindeki kanatlar için geliştirilen eşdeğer plak modelleri üzerinde yapılan bir dizi sonlu elemanlar analizi ile elde edilmiştir. Aeroelastik analizlerde iki farklı klasik çözüm yöntemi olan kyöntemi ve pk-yöntemi kullanılmıştır. Farklı uçuş rejimlerine ait yapılandırmalar için yapılan aeroelastik analizler, hesaplanan en yüksek çırpma ve ayrılma hızlarıyla kıyaslandığı takdirde çırpma ve ayrılma hızlarında sırasıyla yüzde 58 ve yüzde 75'e varan oranlarda değişimler olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada, şekil değiştirebilme olayından kaynaklanan yapısal sorunların belirlenmesi için analizler yapılmıştır. Çalışma sonucunda, şekil değiştirebilen kanat tasarımında aeroelastik iyileştirmenin yapısal tasarım sürecinin son derece önemli bir parçası olduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Morphing aircraft technologies became the center of attention in aviation industry through the last decade. Although the intended optimization of the aircraft in terms of aerodynamics and/ or flight performance resulted in advantages like reduction in carbon dioxide emission and noise levels; that also brought some structural borne problems such as the possibly deteriorating change in the aeroelastic behavior of the structure. These structural problems should be clearly identified and attempted to be eliminated even at the conceptual design stages. This study intends to provide a broad view for the effects of morphing especially on the linear aeroelastic behavior of unmanned aerial vehicle wings. The study considered four different flight phases, namely take-off, climb, cruise, and loiter. An unmanned aerial vehicle wing, which was considered to be used in these four phases, was assumed to undergo chord, span, sweep and camber change with the help of certain morphing mechanisms such as the leading and the trailing edge mechanisms and the telescopic ribs and spars. Four different wing geometries were then obtained by considering the aircraft design requirements, aircraft performance vi requirements and aircraft structural requirements. Those four different wing shapes so obtained, which satisfy the minimum requirements for design, performance and structure and by no means optimum for any of those requirements, were studied for linear aeroelastic instability problems. An in-house computer program was developed and used for the prediction of the flutter and divergence speeds at different stages of the flight, in which the planform of the wings were changing. Aeroelastic models of morphing wings at different flight phases were developed as reduced order models having two-degrees-of-freedom and threedegrees- of-freedom. Theodorsen theory was used to represent the unsteady aerodynamics. Structural properties of the wings were obtained by conducting a series of finite element analyses on the developed equivalent plate models representing the planform of each morphing wing shapes. Two different classical solution methods were used during the aeroelastic analysis; k-method and pkmethod. Aeroelastic analyses conducted showed that the flutter and divergence speeds drastically changes up to 58 percent and 75 percent respectively among different wing configurations, when compared to the highest flutter and divergence speeds achieved. A series of analyses were conducted throughout this study, in order to identify the structural problems which arise due to the inclusion of the morphing phenomenon in aircraft design. It was realized that, the aeroelastic tailoring due to the morphing should be an essential part of the structural design procedure.
Benzer Tezler
- Aeroelastic analysis of variable-span morphing wing
Kanat açıklığı değiştirilebilen bir uçak kanadının aeroelastik analizi
DAMLA DURMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
- Technology for advanced morphing structures
Başlık çevirisi yok
MEHMET FATİH ÖKTEM
Doktora
İngilizce
2013
Havacılık MühendisliğiPolitechnico di Milano (Technical University of Milan)PROF. GIUSEPPE SALA
- Numerical methods for pitch morphing blade design for vertical-take-off-landing unmanned aerial systems
Dikey-iniş-kalkış-yapan insansız hava sistemlerinde hatve değiştirebilen pale tasarımı için nümerik çalışma
MÜRÜVVET SİNEM SİCİM
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Havacılık MühendisliğiTürk Hava Kurumu ÜniversitesiMakine ve Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DURMUŞ SİNAN KÖRPE
DR. LEVENT ÜNLÜSOY
- İnovatif yöntemlerle kuadkopter modellenmesi, kontrolü ve gerçek zamanlı uygulamaları
Quadcopter modeling, control and real-time applications by innovative methods
OĞUZ KÖSE
Doktora
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞRUL OKTAY
- Şekil değiştiren kanat yapısı kullanımının insansız hava aracı performansına etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effects of morphing wing applications on unmanned aircraft performance
EMRE ÖZBEK
Doktora
Türkçe
2023
Uçak MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ
DOÇ. DR. SELÇUK EKİCİ