Aerodynamic and inertial characterization of a generic flapping wing mechanism
Jenerik bir çırpan kanat mekanizmasının aerodinamik ve atalet karakterizasyonu
- Tez No: 646996
- Danışmanlar: PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ EMRE TURGUT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- 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: 101
Özet
Bu tezin ana odağı jenerik bir çırpan kanat mekanizmasının aerodinamik ve atalet karakterizasyonunu gerçekleştirmektir. İlk olarak, kullanılan çırpan kanat mekanizmasının üç boyutlu modeli oluşturulmuş ve gerçekleştirilen çırpan kanat deneysel çalışması yeni bir test fikstürü sunulmuştur. Modal analizi gerçekleştirilen, test fikstürünün deneysel doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Atalet karakterizasyon çalışmasında, çırpma hareketi esnasında oluşan atalet kuvvetlerinin, aerodinamik kaldırma kuvvetlerine olan etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu çerçevede, kanat membranı ihmal edilmiş ve çırpan kanat testi, mekanizmanın kaldırma kuvveti yönünde oluşturduğu atalet kuvvetlerinin ölçümü için gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen çırpan kanat testinden elde edilen verilerin doğrulundan emin olmak için kullanılan kuuvet sensörüne ait dinamik kalibrasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Deneysel yöntemle elde edilen atalet kuvvetlerinin doğrulama çalışması, nümerik ve teorik yaklaşımlarla gerçekleştirilmiştir. Kullanılan çırpan kanat kanat mekanizmasının aerodinamik karakterizasyonu için, naylon bir kanat membranı çırpan kanat mekanizmasının üzerine yerleştirilmiş ve hava ortamında çırpan kanat testleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçların doğrulaması için, sıvı-katı etkileşimli analiz modeli oluşturularak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (laminar akış) modeli ve yapısal dinamik modeli eş zamanlı çözdürülmüştür. Bunun yanında, kanat esnekliğinin aerodinamik performansa olan etkisi araştırılmıştır. Bunun için kanat yapısına yüksek rijitliğe sahip bir malzeme tanımlanarak kanat deplasmanının minimize edilmesi amaçlanmış, ve esnek ve rijit kanat performansı kaldırma ve itki kuvveti için karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, jenerik bir çırpan kanat mekanizmasının, test, teori ve nümerik yaklaşım ile aerodinamik ve atalet karakterizasyonunun karşılaştırmalı doğrulama çalışması sunulmuştur ve yakın sonuçlar elde edilmiştir. Kanat esnekliğinin aerodinamik performansa olan etkisi için yapılan karşılaştırmalı çalışmada, kanat esnekliği aerodinamik itki kuvvetini gözle görülür derecede arttırarak tam itki durumu oluşturmuştur.
Özet (Çeviri)
The primary focus of this thesis is to conduct an aerodynamical and inertial characterization of a generic flapping wing mechanism. Firstly, a CAD model of the utilized flapping mechanism is created, and a custom test platform is developed for the performed flapping-wing test sequence. Experimental validation of the modal analysis performed for the developed test platform is presented. In the inertial force characterization study, the standalone effect of the inertial forces that occur during flapping motion on the produced total aerodynamic lift force is aimed to investigate. In this framework, the wing membrane is eliminated, and a flapping wing test is performed to measure the inertial force generated due to the motion of the prescribed kinematics in the lift direction. The dynamic calibration of the utilized sensor is carried out to ensure the fidelity of the acquired data during the flapping test. Verification studies regarding to the experimental inertial force investigation are conducted by performing theoretical and dynamic finite element analysis approaches. For the aerodynamic characterization of the proposed system, a nylon wing membrane is attached to the utilized flapping wing mechanism, and a flapping wing experiment is performed in the air medium. To verify the experimental results, a numerical validation study is conducted and, a fluid-structure interaction analysis model is presented for the corresponding model. Besides, the effect of wing-flexion on aerodynamic performance is investigated for the corresponding model. In this regard, a distinct fluid-structure interaction analysis model, including a flapping wing with high-rigidity material properties, is created to minimize the deflection that occurs on the wing structure. Experimental, theoretical, and numerical approaches conducted for the inertial and aerodynamic characterization of the utilized flapping mechanism showed great resemblance to each other. A comparative study performed for the effect of wing-flexion shows that wing elasticity enhances the thrust force for the proposed model.
Benzer Tezler
- 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
- Kanat açma mekanizması tasarımı ve analizi
Design and investigation of wing deployment mechanism
İSMAİL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KELEŞ
- Uydu fırlatma araçlarında kullanılan faydalı yük kapsülünün yapısal tasarımının eniyilenmesi
Optimization of structural design of payload fairing used for space launch vehicles
HAKAN ATAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDEM ACAR
- The effect of blade torsional elasticity on helicopter flight dynamics
Burulma yönünde elastik palin helikopter uçuş dinamiğine etkisi
EZGİ AKEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Yatay eksenli rüzgar türbin kanatlarının akışkan-yapı etkileşimi yönünden incelenmesi
Fluid-structure-interaction investigation of horizontal axis wind turbine blades
KAMER DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN GÜLLÜ