Determination of loads on a flexible wing of a fighter jet via surrogate models
Bir savaş uçağinin esnek kanadi üzerindeki yüklerin vekil modeller kullanilarak belirlenmesi
- Tez No: 783852
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: 124
Özet
Bu çalışmada bir savaş uçağı esnek bir kanadının yük analizleri yapılmaktadır. Ana amaç, aero-yapısal etkileşimi için hızlı bir metodolojinin uygulanmasını ve bir savaş uçağının ilk tasarım aşamalarına uygun esnek kanat yüklerinin belirlenmesini göstermektir. Bu metodoloji, tasarımcıların esneklik etkilerini erkenden dahil etmelerine ve esnek kanat yükleri için tasarım bölgelerini hızlı bir şekilde keşfetmelerine olanak tanıyacaktır. Metodoloji, yüksek doğrulukta hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile elde edilen bir aerodinamik veri tabanı kullanmakta ve bilinmeyen uçuş parametrelerindeki yükler vekil modellerle hesaplanmaktadır. Vekil modeller, pahalıya mal olan HAD simülasyonlarını, çok daha hızlı olan yaklaşık fonksiyonlarla değiştirerek hesaplama süresini de azaltmaktadır. Savaş uçağı esnek kanadının yüklerini elde etmek için aero-yapısal etkileşim için gerekli modeller, yani aerodinamik, yapısal ve vekil modeller geliştirilmiştir. Jenerik savaş uçağının aerodinamik modeli, üç boyutlu bir kanat-gövde konfigürasyonudur ve aerodinamik analizi, ANSYS Fluent ile Euler simülasyonları kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Aerodinamik analizden elde edilen sonuçlar, mevcut deneysel sonuçlarla da doğrulanmıştır. Diğer taraftan yapısal model, hesaplama süresini azaltmak için iki boyutlu bir kiriş çubuk olarak da modellenmiştir. Bir kanadın sonlu eleman modelinden (SEM) üretilen kiriş çubuğu modeli ve bu modelin modal özellikleri, SEM'inkine benzer modal özelliklere ulaşmak için ayarlanmış ve verimli bir aerodinamik veri tabanı oluşturmak için vekil modeller kullanılmıştır. Bu vekil modeller, minimum HAD simülasyonları ile aerodinamik veri tabanının oluşturulması açısından da karşılaştırılmıştır. Bu kritere göre, bahsi geçen araştırma problemi için en uygun vekil model seçilmiştir. Aeroelastik model, optimize edilmiş vekil modelden elde edilen aerodinamik yükler ve kiriş çubuğu modelinden gelen mod şekilleri kullanılarak oluşturulmuştur. Esnek kanat yükleri, mevcut modelle hesaplanmış ve aerodinamik yükleri hesaplamak için düşük doğrulukta, lineer aerodinamik teori kullanan Nastran FlighLoads (FLDS) modülü ile doğrulanmıştır. Doğrulama işlemi tamamlandıktan sonra, geliştirilen aeroelastik model, yüksek doğruluklu HAD çözümlerini esnek kanat yüklerini belirlemek için bir girdi olarak almış ve hesaplanan nihai sonuçlar FLDS ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, önerilen bu metodoloji, HAD simülasyonlarına kıyasla tatmin edici sonuçlar elde edilmiş ve bu nedenle hesaplama süresini ve maliyeti önemli ölçüde azalttığı için erken tasarım aşamasında kullanılabileceğini de göstermiştir.
Özet (Çeviri)
This study presents the load analysis of a flexible wing for a fighter jet. The main purpose is to demonstrate the application of a rapid methodology for aero-structural coupling and the determination of flexible wing loads suitable for the initial design stages of a fighter jet. The present methodology allows designers to include flexibility effects early on and to explore the design space quickly for flexible wing loads. The methodology uses an aerodynamic database obtained with high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) and loads at unknown flight parameters are calculated with surrogate models. Surrogate models reduce the computational time by replacing computationally expensive CFD simulations with approximate functions which are much faster to evaluate. In order to acquire the loads on a flexible wing of the fighter jet, required models for aero-structural coupling, namely; aerodynamic, structural and surrogate models are developed. The aerodynamic model of the generic fighter aircraft is a three-dimensional wing-body configuration and aerodynamic analysis is conducted using Euler simulations in ANSYS Fluent. The results obtained from the aerodynamic analysis are validated with the available experimental results. On the other hand, the structural model is a two-dimensional beam stick model (BSM) to decrease the computational time. The BSM generated from a wing's finite element model (FEM) and the modal properties of BSM are tuned to achieve similar modal characteristics as that of the FEM. To generate an aerodynamic database efficiently, surrogate models are also utilized and are then compared in terms of the generation of the aerodynamic database with minimal CFD simulations. According to this criterion, the surrogate model is selected for this particular research problem. The aeroelastic model is generated using the aerodynamic loads obtained from the optimized surrogate model and mode shapes from the BSM. Flexible wing loads are calculated from the present model and verified with Nastran FlighLoads (FLDS) module which uses low-fidelity, linear aerodynamic theory to calculate aerodynamic loads. Once the validation process is completed, the developed aeroelastic model takes the high-fidelity CFD solutions as input to determine the flexible wing loads and compares the final computed results with the FLDS. In conclusion, the proposed methodology produces satisfactory results compared to the CFD simulations, hence, it can be used in the early design phase to significantly reduce computational time and cost.
Benzer Tezler
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN
- Zemine gömülü borulara etkileyen yükler
The Loads acting on buried pipes into the soil
GÖKHAN DEĞİRMENCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SAĞLAMER
- 15 katlı betonarme bir yapının projelendirilmesi
The design of 15 storey reinforced concrete building
CEMALETTİN ERBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT DEMİR
- 23 katlı bir betonarme yapının yeni deprem yönetmeliğine göre projelendirilmesi
The Design of 23 story reinforced concrete building
ALPER TAŞEL