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 ve Uzay 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: Belirtilmemiş.
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
- Türkiye'de kurulu güç dağılımı dengelemesiyle rüzgardan enerji üretiminin üniformlaştırılması
Uniformizing energy production from wind through installed capacity balancing in Turkey
CANSU ŞİMAL BAĞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK BARUTÇU
- Sabit ve döner kanatlı insansız hava araçlarının aerodinamik iyileştirmeler ile otonom performans maksimizasyonu
Autonomous performance maximization of fixed and rotary wing unmanned aerial vehicle with aerodynamic improvements
YÜKSEL ERASLAN
Doktora
Türkçe
2023
Uçak MühendisliğiErciyes ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞRUL OKTAY
- Aerodynamic mechanisms of flapping flight
Çırpan kanatlı uçuşun aerodinamik mekanizmaları
MUSTAFA PERÇİN
Doktora
İngilizce
2015
Havacılık ve Uzay MühendisliğiTechnısche Unıversıteıt Delft (delft Unıversıty Of Technology)Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FULVIO SCARANO
- Investigation of inertial particle seperators from a broader perspective
Ataletsel parçacık ayrıştırıcısının daha geniş bir perspektiften incelenmesi
ABDURRAHMAN BURAK DALDAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN EYİ