Multibody simulation of coupled aerodynamics and structural model of a helicopter main rotor
Bir helikopterin ana rotorunun aerodinamik ve yapısal etkiler dahil edilerek oluşturulmuş modelinin çok gövdeli simülasyonu
- Tez No: 798832
- Danışmanlar: PROF. DR. VOLKAN PARLAKTAŞ, DOÇ. DR. BARIŞ SABUNCUOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aerodinamik yük, Dinamik benzetim, Aerodynamic load, Dynamic simulation
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Helikopterlerin önemi icat edildiklerinden beri sürekli artmaktadır. Özellikle helikopterlerin sahip oldukları eksenel uçuş ve duraksama uçuş yapabilme kapasiteleri onları daha da değerli kılmaktadır. Fakat, oldukça karmaşık aerodinamik ve yapısal elastikiyet etkileri sebebiyle bir helikopterin rotorunu tasarlamak karmaşık bir süreçtir. Bu tezde, çoklu vücut simülasyon ortamında yapısal esnekliği olan bir helikopter kinematik rotor modeli tasarlamak ve modelle hover ve ileri uçuş gibi manevraları gerçekleştirmek amaçlanmaktadır. Prosedürün ilk adımında, tezde yapılacak olan tüm işleri bir çok farklı tasarım için oldukça verimli ve hızlı tamamlayabilmek adına PYTHON kullanılarak bir tasarım, simulasyon, analiz ve postprocess algotitması geliştirilmiştir. Bu agoritma sırasıyla şunları yapmaktadır. İlk olarak Simcenter 3D NX kullanılarak rotorun CAD modeli hazırlanmaktadır. CAD modelini hazırlamak için XFOIL kullanılarak gerekli kanat profil şekli oluşturulmaktadır. Daha sonrasında ise, roturun çok gövdeli kinematik modeli Simcenter 3D Motion yazılımı kullanılarak oluşturulmaktadır. Daha sonrasında, elastik pal modelleri, Simcenter 3D yazılımının sonlu elemanlar modelleme aracı kullanılarak oluşturulmaktadır. Son olarak, Simcenter 3D Motion içerisinde aerodinamik model rotor pal genişliği boyunca blade element theory kullanılarak uygulanmaktadır. Kanat profili aerodinamik katsayıları yine XFOIL kullanılarak modele girdi olarak sağlanmaktadır. Modeli doğrulamak amacıyla FLIGHTLAB programı kullanılarak blade elemet theory ile bir rotor modeli daha oluşturulmuştur. Doğrulama analizlerinde FLIGHTLAB ve Simcenter 3D rotor modellerinde aerodinamik modele literatürden bulunan bir test verisi girdi olarak sağlanmıştır. Askı ve ileri uçuş manevralarında elastik olmayan bladeler kullanılarak bu iki model kıyalanmıştır. Ayrıca elastik rotor modelleri de Simcenter 3D rotor modeli kullanılarak askı ve ileri uçuş manevra koşulları için incelenmiştir. Ek olarak, pal üzerindeki burkulma açılarının aerodinamik yükleme üzerindeki etkileri elastik olmayan ve elastik tasarımlar için kıyaslanmış ve incelenmiştir. Kanat boyu ve kanat genişliğinin değişiminin rotor katılığı sabit iken aerodinamik yüklere etkileri incelenmiştir. Son olarak ise farklı materya türleri ile üretilen rotorlar incelenmiş, aerodinamik yükleme üzerindeki etkiler tartışılmıştır. Bu tezde, helikopter rotor tasarımı alanında çoklu vücut ortamında yapısal elastikiyetli simulasyonlar için yeni bir yöntem sunulmaktadır. Bu araştırmadan elde edilen sonuçlar, gelecekte helikopter rotorlarının tasarımını ve performansını iyileştirmek için kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
The use of helicopters has been on the rise since their invention, particularly due to their ability to perform axial and hover flights. However, designing a helicopter rotor is a complex process, as it involves understanding the aerodynamics and flexible structures of the rotor. The purpose of this thesis is to develop a kinematic rotor model with structural flexibility in a multibody simulation environment, and to perform maneuvers such as hover and forward flight with the model. The research begins by developing an algorithm using PYTHON to efficiently complete the design, analysis, and post-processing work. The algorithm includes the following steps. First, CAD model of the rotor using Simcenter 3D NX is created. Airfoil profiles are generated using XFOIL software. Then, development of a kinematic multibody model of the rotor using Simcenter 3D Motion software is performed. Flexible models of the rotor blades using the finite element modeling tool of Simcenter 3D are generated. Finally, aerodynamic parameters of the airfoils using XFOIL software are determined and application of these parameters to the blades are performed using blade element theory. To verify the model, a FLIGHTLAB model with similar specifications to the Simcenter 3D model is also generated. In verification analyses, a wind tunnel test data is used in aerodynamic model in FLIGHTLAB and Simcenter 3D models. Hover and forward flight maneuver solutions obtained from the FLIGHTLAB and Simcenter 3D rotor models are compared. Additionally, the thesis examines the effect of various parameters such as twist distribution, wing span, chord length, and material types on the aerodynamic loadings of the rotor blades. This research contributes to the field of helicopter rotor design by providing a novel approach to simulating aerodynamic loading and structural flexibility in a multibody environment. The results of this thesis can be used to improve the design and performance of helicopter rotors in the future.
Benzer Tezler
- Propulsion-airframe integration for low-boom supersonic aircraft
Düşük gürültülü sesüstü hava araçlarında itki-gövde entegrasyonu
RUMED İMRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Helikopter uygulamaları için doğrusal olmayan dinamik titreşim yutucusu tasarımı ve analizi
Design and analysis of a nonlinear dynamic vibration absorber for helicopter applications
ÖZKAN KARAYİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TATAR
- A fast 3d flow field prediction around bluff bodies using deep learning
Derin öğrenme kullanılarak küt cisimler etrafındaki 3 boyutlu akış alanının tahmini
FARHAD NEMATI TAHER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDUSSAMET SUBAŞI
- Coupling of a multibody simulation tool for the analysis of rotary systems with a panel based flow solver and a navier-stokes flow solver
Dönen sistemlerin çoklu kütleli benzetim aracının panel tabanlı akış çözücüsü ve navier-stokes akış çözücüsü ile etkileşimli analizi
SEMİH SOĞANCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN
PROF. DR. İSMAİL HAKKI TUNCER
- Numerical simulation of aircraft icing with an adaptive thermodynamic model considering ice accretion
Buz birikimini göz önüne alarak uyarlanmış bir termodinamik model ile uçakta buzlanmanın sayısal benzetimi
HADI SIYAHI
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ