Aerodynamic modelling and optimization of morphing wings
Şekil değiştirebilen kanatların aerodinamık açıdan modellenmesi ve eniyilemesi
- Tez No: 385062
- Danışmanlar: PROF. SERKAN ÖZGEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Panel Metodu, Sınır Tabaka Akışı, Genel İndirgenmiş Gradyan Yöntemi, Şekil Değiştirebilen Kanat, Aerodinamik Eniyileme, Panel Method, Boundary Layer Flow, Generalized Reduced Gradient Method, Morphing Wings, Aerodynamic Optimization
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Bu tez, performans ve geometrik kısıtlamalar altında şekil değiştirebilen kanatların aerodinamik eniyilemesi ile ilgilidir. Eniyileme işlemini gerçekleştirmek için, aerodinamik kaldırma ve sürükleme değerlerini hesaplayan akış çözücüleri geliştirilmiştir. Eniyileme çözüsünü geliştirmek için, gradyan temelli bir eniyileme metodu kullanılmıştır. Üç boyutlu panel yöntemi çözücüsü sonlu bir kanat için kaldırma, basınç sürüklemesi ve indüklenmiş sürükleme değerlerini elde etmek amacıyla geliştirilmiştir. Sonuçlar diğer çözücülerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar düşük ve orta mertebedeki hücum açısı değerleri için uyumludur. İki boyutlu sınır tabaka çözücüsü kanat açıklığı boyunca her bir dilim için sürtünme sürüklemesi değerlerini elde etmek amacıyla geliştirilmiştir. Sınır tabaka çözücüsünden elde edilen sonuçlar başka bir çözücüden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmış, düşük ve orta mertebedeki hücum açılarında sonuçların uyumlu olduğu gözlenmiştir. Eniyileme için genel indirgenmiş gradyan yöntemi algoritması geliştirilmiştir. Literatürde bulunan örnek bir yapısal eniyileme problemi çözülmüş ve sonuçlar literatürdeki diğer sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Şekil değiştirebilen kanat eniyilemesi düz ve sabit hızlı bir uçuş için bir sabit kanadın seyir hızında eniyilemesi ile başlamıştır. Sabit kanat eniyilemesi, sadece profil şekli değişimi, sadece kanat şekli değişimi ile profil şekli ve kanat şekli değişimi birlikte olmak üzere üç şekilde yapılmıştır. Daha sonra, literatürde bulunan bir çalışmadaki şekil değiştirmeyi sağlayan malzeme ve mekanizmaların mevcut olduğu varsayılarak, şekil değiştirebilen kanat eniyileme problemi tanımlanmıştır. Sabit kanat eniyilemesine benzer şekilde şekil değiştirebilen kanat eniyilemesi de sadece profil şekli değişimi, sadece kanat şekli değişimi ile profil şekli ve kanat şekli değişimi birlikte olmak üzere üç şekilde yapılmıştır. Eniyileme problemi seyir hızının altındaki ve üstendeki hızlar için çözülmüş ve bu sayede şekil değiştirebilen kanadın sürükleme kuvvet değerleri elde edilmiştir. Sonuçlara göre, şekil değiştirebilen kanadın beklentilere uygun olarak, kayda değer ölçüde düşük sürükleme kuvveti ürettiği gözlenmiştir. Bununla beraber, kanat şekli değişimi ile elde edilen sürükleme kuvveti azalması, sadece profil şekli değişimi ile elde edilenden belirgin bir şekilde fazladır.
Özet (Çeviri)
This thesis deals with aerodynamic optimization of morphing wings under performance and geometric constraints. In order to perform the optimization process, flow solvers computing aerodynamic lift and drag were developed as a function evaluator. A gradient based optimization method was used in order to develop the optimization algorithm. Three dimensional panel method solver was developed in order to obtain lift, pressure drag and induced drag values for a finite wing. Obtained results were compared with different solvers. Compared results were in agreement for low to moderate angles of attack. Two dimensional boundary layer solver was developed in order to obtain the skin friction drag for each strip along span. The boundary layer results were compared with another solver for different angle of attack values and agreement in the results was observed at low to moderate angle of attack values. Optimization solver was developed by using the generalized reduced gradient method. A benchmark structural optimization problem was solved by using this solver and results were compared with the results in the literature. Morphing wing optimization process started with a fixed wing optimization problem for a certain cruise velocity at steady level flight for the baseline wing. Fixed wing optimization was performed for three cases that are only airfoil shape change, only planform change and combined airfoil shape and planform change. After that it was assumed that materials and mechanisms for morphing that were used for another study in the literature were available and the morphing optimization problem was defined according to them. Similar to fixed wing optimization, the process was performed for only airfoil shape change, only planform change and combined airfoil shape and planform change. The optimization problem was solved for velocities less and greater than the cruise velocity and drag polar curve of the morphing wing was obtained. According to the results, remarkable drag reductions were obtained that is expected from a morphing wing. Nevertheless, drag reductions obtained with only planform morphing are significantly higher than those obtained with only airfoil shape morphing.
Benzer Tezler
- Effects of morphing on aeroelastic behavior of unmanned aerial vehicle wings
Şekil değiştirebilmenin insansız hava aracı kanatlarının aeroelastik davranışına etkileri
LEVENT ÜNLÜSOY
Doktora
İngilizce
2014
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiUzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ YAMAN
- Ses-üstü uçaklarda çok-disiplinli ve çok-doğruluklu optimizasyon yöntemlerinin uygulanması
Application of multi-disciplinary and multi-fidelity optimization methods in supersonic aircraft design
ŞIHMEHMET YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Performance characterization and optimization of an axial flow fan for electronic enclosures
Elektronik kutular için bir eksenel akış fanının performans karakterizasyonu ve optimizasyonu
HAFIZ MUHAMMAD HASHIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MEHMET ARİK
- C-tipi kanat konfigurasyonunun aerodinamik analizleri ve dizayn optimizasyonu
Aerodynamic analyses and design optimization of aC- shaped wing
HÜLYA SUKAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Hava alıklı kontrol tahrik sistemi tasarımı ve modellemesi
Design and modelling of control actuation system with air intake
ORHAN FATİH ERCİS
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KELEŞ