Geri Dön

Noise minimal & green trajectory and flight profile optimization for helicopters

Helikopterler için gürültü minimal & yeşil yörünge ve uçuş profili eniyilemesi

PDF İndir

  1. Tez No: 636210
  2. Yazar: ARDA YÜCEKAYALI
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKER KUTAY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 308

Özet

Dönerkanatlı hava araçlarının toplum üzerindeki gürültü rahatsızlığı, karmaşık, üçboyutlu ve akuple döner kanat aerodinamiği, aeroakustiği ve uçuş dinamiğininin akuple çözümünü gerektirdiğinden, ilgi uyandırıcı bir alan olarak devam etmektedir. Gürültü rahatsızlığını azaltmanın temelde iki yolu olduğu kabul edilebilir. Bunlardan biri daha sofistike, en iyileştirilmiş yeni döner kanat tasarımları, diğeri ise, uçuş esnasında yerleşim yerleri, hastaneler, yoğun nüfüslü yerler gibi gürültüye hassas yerlerden, aeroakustiğin yönelim karakteristiğinden faydalanarak uçuş profili en iyilemesi üzerinden gürültü kaçınımı ile rahatsızlığın azaltılması olarak gösterilebilir. Bu çalışma ikinci yaklaşım üzerine eğilmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmanın temel amacı, uçuş yörüngesi/profili en iyilemesi ve takibinin sağlanması, gürültü kaçınımı ve/veya azaltımı sağlanırken, yakıt tüketimi, performans, güvenlik, komfor ve görev isterleri gibi diğer konular arasında denge sağlanmasıdır. Düşük gürültülü ve yakıt tüketimli en iyilenmiş bu uçuş profillerine“yeşil”yörünge adı verilmiştir. Bu amaçla öncelikle rotor ve pervanelere özelleşmiş Lagrangian hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü geliştirilmiş, döner kanat uçuş dinamiği modeli ve aeroakustik çözücü ile akuple edilmiştir. Bu sayede, yüksek gerçeklikte, doğrulukta ve çözünürlükte, döner kanat tümleşik matematik modelleme ortamı geliştirilmiştir. Geliştirilen tümleşik model, literatürde bulunan rüzgar tüneli ve rotor kulesi test verileri ile, akış görselleştirme testleri ile ve ticari kıstas yazılımlar ile kıyaslanmış ve doğrulanmıştır. Geliştirilen tümleşik model multi-copter, tiltroto, eşeksenli vb dahil herhangi bir döner kanatlı hava aracı için modelleme, serbest uçuş denge analizlerini yapabilmekte, daimi ve daimi olmayan art akış, pal-girdap, rotorart akış ve rotor-rotor etkileşimlerini yüksek çözünürlük ve doğrulukta hesaba katabilmektedir. Çalışmanın devamında, tümleşik model, gerçek zamanlı çalışma kabiliyetine sahip bir simulasyon modeline dönüştürülmüş, optimal kontrol tabanlı, model tahminli kontrol yaklaşımı ile simultane olarak hem yörünge & uçuş profili eniyilemesi hem de bunun takibi için gerekli kontrol girdilerini çözen bir sistem oluşturulmuştur. Multi-disipliner eniyiyleme hedef fonksiyonu, akustik, perfomans, yakıt tüketimi, güvenlik, konfor ve görev gereksinimlerinden beslenmekte,“yeşil”yörünge ve uçuş profili en iyilemesi ile hava aracı yerde gürültü etkisinin istenilen yerlerde azaltımını sağlamaktadır. Geliştirilen çatı modelin kabiliyetleri çeşitli analizler ile test edilmiş, aerodinamik modelleme, aeroakustik analiz ve yörünge & uçuş profili en iyileme performansı değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma ile önerilen yöntemin konsept doğrulaması yapılmış, aynı görevin icra edilmesine karşın, istenilen yerlerde daha düşük gürültü etkisi ve toplamda daha düşük yakıt tüketimi sağlanabilmiştir. Geliştirilen bu yaklaşım, en iyilenmiş uçuş rotaları belirlenmesinde, günümüzde tüm döner kanatlı hava araçları için jenerik ve en kötü duruma göre oluşturulan uçuş rotalarının hava aracı spesifik güncellenmesinde kullanılabilir. Özellikle de kullanıma alındığında çoğunlukle yerleşim yerleri etrafında kullanılacak, hızla yükselen e-VTOL platformları için uçuş rotası ve hava trafiği planlamasına katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

The main aim of this study is to provide a multi-disciplinary optimization and track environment to generate acoustic optimal trajectories through waypoints that ensures the rotorcraft of interest can follow at practical effort, safety, fuel consumption and speed. Rotorcraft noise annoyance remains as a challenge to solve complex, three dimensional and coupled rotary wing aerodynamics, aeroacoustics and flight dynamics interactively. Two essential paths can be acknowledged in order to reduce annoyance. One is the more sophisticated option, optimized new rotorcraft design, whereas the other option is to benefit from the directivity characteristic of sound and perform trajectory optimization to minimize noise impact at noise sensitive premises. This study focuses on the second yet with consideration of the potential trade-offs between low noise signature and other performance parameters. Eventually, the main aim of this study is to develop a trajectory optimization and track framework for rotorcrafts providing minimal noise, low emission i.e. lower fuel consumption, safe and trackable, in other words“green”flight profiles. In this scope, a Lagrangian CFD solver specialized for rotor/propellers is developed, coupled with rotorcraft mathematical model and an aeroacoustics solver to build a high fidelity, accuracy and resolution rotorcraft comprehensive modeling environment. The developed methodology is validated with wind tunnel, whirl tower test data, PIV results and benchmark commercial tools. The developed comprehensive tool provides free flight trim, high fidelity modeling and analysis capability for conventional and unconventional rotorcraft configurations with unsteady wake dynamics covering blade-vortex, rotor-wake and rotor-rotor interactions. Further in the study, the comprehensive model is extended into a real-time computable simulation model. Then a model predictive control -an optimal control- approach is developed to simultaneously optimize the trajectory and control input to track the generated trajectory. The multi-disciplinary objective function including acoustics, performance, fuel, safety, comfort and mission concerns provides the so called“green”trajectory with reduced noise impact at desired locations. Various simulations were performed to further test the aerodynamic modeling, aeroacoustics analysis and trajectory optimization capabilities of the developed framework. It is concluded that the proof of concept, i.e. the potential of reduced noise impact and fuel consumption over the same mission through trajectory optimization, is achieved. Developed methodology can be utilized to generate optimal flight routes and procedures specific to rotorcraft configuration, which are currently rather generic for all types of rotorcrafts, especially for booming e-VTOL platforms that will mostly operate over urban areas or for re-planning of legacy flight routes

Benzer Tezler

  1. Tez No

    435585

    Difüz optik tomografide kullanılan geri çatım tekniğinde görüntü kalitesini arttıracak düzenlemeler yaparak görüntü oluşturma ve elde edilen görüntüleri karşılaştırma

    Image is reconstructed by editing A reconstruction technique used in diffuse optic tomography to improve image quality and obtained images are compared

    GENÇAY SEVİM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    BiyofizikAkdeniz Üniversitesi

    Biyofizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT CANPOLAT

  2. Tez No

    692961

    Görüntü işlemede yama sıralama tabanlı yaklaşımlar

    Patch ordering based approaches for image processing

    ÖZDEN ÇOLAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ENDER METE EKŞİOĞLU

  3. Tez No

    809118

    Anahtarlamalı kapasitör tabanlı çift yönlü düşürücü yükseltici tip dönüştürücünün bulanık mantık kontrolör ile geliştirilmesi

    Development of switched capacitor based bidirectional buck-boost converter with fuzzy logic controller

    HAKAN TEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DAVUT ERTEKİN

  4. Tez No

    554365

    Motion based video object tracking with sparse regularization by particle filtering

    Seyrek düzenlileştirme ve parçacık süzgeçleme ile}{videoda hareket tabanlı nesne takibi

    BARIŞ AKOK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLGE GÜNSEL KALYONCU

  5. Tez No

    469073

    Noise identification and reduction in split unit household air conditioner

    Ev tipi split klimada gürültü tayini ve azaltılması

    ABDUNASER M. AMMAR ABUNIRAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İSMAİL ESEN

Geri Dön