Aeroelastic modeling and analysis of high aspect ratio wings with different fidelity structural models
Yüksek en-boy oranına sahip kanatlar için farklı doğruluktaki yapısal modellerle aeroelastik analiz ve modelleme
- Tez No: 613216
- Danışmanlar: PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Bu çalışma statik aeroelastisite alanındadır ve yüksek en-boy oranlı kanatların modellenmesi ve analizi ile ilgilidir. Bu çalışmada, farklı doğruluktaki yapısal modellerinin aeroelastik analizler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Performans ve ağırlık kriterleri ve sertifikasyon gereklilikleri nedeniyle hafif ve esnek yapıların tercih edilmesi, aeroelastik analizleri uçaklar için giderek daha önemli hale getirmektedir. Özellikle ön tasarım aşamasında, hesaplama süresini azaltmak ve tasarım değişikliklerini gerçekleştirmek için basit modeller tercih edilir. Böyle bir çalışma, aeroelastik olarak etkin bir yapı elde etmek ve aeroelastik analizleri karmaşık hale getirmeden ön tasarım aşamasında fikir edinebilmek için önemlidir. Bu tezde benimsenen araştırma yaklaşımı gevşek bağlı yapısal ve aerodinamik modelleri içermektedir. Burada sunulan yapısal modelleme yaklaşımı hem doğrusal hem de doğrusal olmayan yapısal teorilere dayanmaktadır. Doğrusal yapısal teori, bükülme burulmalı kiriş sonlu elemanlar formülasyonlarına dayanmaktadır. Doğrusal olmayan teori, özellikle statik aeroelastik davranışı incelemek için sadece burulma rotasyon serbestlik derecesine sahip doğrusal olmayan sonlu eleman modeline dayanmaktadır. Aeroelastik bağlama için kullanılan aerodinamik teoriler şerit teorisi ve Multhopp-Richardson'un çözümüne dayanan kaldırma yüzeyi teorisidir. Tez çalışmasının odak noktası, en önemli aeroelastik olgulardan biri olan ıraksama üzerinedir. Basit bir plaka benzeri kanat modelinin ıraksama analizini yapmak için iki farklı yapısal modelin şerit teorisi ve kaldırma yüzeyi teorisi ile birleştirilmesiyle analizler gerçekleştirilir. Doğrusal ve doğrusal olmayan çözüm metodolojileri arasında kanadın ucunun burulma açısı göz önüne alındığında önemli farklılıklar gözlenir. Doğrusal teorinin, yüksek en-boy oranlı kanatlar için doğrusal olmayan teoriye göre konservatif olduğu bulunmuştur. Bu araştırmadan elde edilen bulgular, yüksek en-boy oranlı kanatların ıraksama kararsızlığının daha gerçekçi bir şekilde hesaplanması için geometrik doğrusalsızlığın önemini vurgular. Bu tez, her yöntemin doğruluğunu daha iyi anlamak için farklı kanat modelleri için çözümlerin karşılaştırılmasını önerir.
Özet (Çeviri)
The focus of this study is in the area of static aeroelasticity, and it is concerned with modeling and analysis of high aspect ratio wings experiencing large torsional deflections. In this study, the effects of different fidelity structural models on static aeroelasticity are investigated. Preference of light and flexible structures due to performance and weight criteria and certification requirements make the aeroelastic analysis more and more essential for aircraft. Especially for the preliminary design phase, simple models are preferred to reduce the computational time and to perform the design iterations. Such a study is important in order to obtain aeroelastically efficient structure and integrate aeroelastic concepts at the preliminary design stage without making analysis complicated. The research approach adopted in this thesis includes loosely coupled structural and aerodynamic models. The approach for the structural modeling presented here is based on both linear and nonlinear structural theories. The linear structural theory is based on bending-torsion beam finite element formulations. The nonlinear theory is based on the nonlinear finite element model with only torsional rotation degree of freedom to study specifically the static aeroelastic behavior. The aerodynamic theories used for the aeroelastic coupling are lifting line theory and lifting surface theory which is based on Multhopp-Richardson's solution to provide the spanwise loading of lifting surfaces with camber and twist. The focus of the thesis study is on divergence, one of the most important aeroelastic phenomenon. Analyses are performed by coupling the two different structural models with the lifting line theory and lifting surface theory to perform the divergence analysis of a simple plate-like wing model. Significant differences are observed between the linear and the nonlinear solution methodologies in terms of torsional deflection of the tip of the wing. The linear theory is found to be conservative with respect to the nonlinear theory for high aspect ratio wings. The findings from this research provide evidence that for more realistic calculation of divergence instability of high aspect ratio wings, geometric nonlinearity should be taken into consideration. This thesis recommends a comparison of solutions for different types of wing models in order to better understand the accuracy of each method.
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
- Comprehensive investigation of rotor stall onset for future helicopters
Rotor tutunma kaybı başlangıcının yeni nesil helikopterler için kapsamlı incelenmesi
ENES UÇAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGE ÖZDEMİR
- Çok-doğruluklu temsili modelleme ile aeroelastik tasarım optimizasyonu uygulaması
Implementation of an aeroelastic design optimization with multi-fidelity surrogate modelling
ENES ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Uçak kanadı üzerinde deformasyondan dolayı değişen yük dağılımının hesaplanması için bir parametrik modelleme yönteminin geliştirilmesi
A parametric modeling approach for prediction of load distribution due to fluid structure interaction on aircraft structures
AHMET BARUTÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Computation of aerodynamically generated sound for rod-airfoil wake interactions
Airfoil-silinidir etkileşiminde aerodinamik olarak üretilen sesin hesaplanması
ELİF YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHA ZAFER