Investigation of Reynolds number effects on aerodynamic characteristics of generic aircraft and estimation of Reynolds-dependent aerodynamic database using artificial neural network models
Genel uçakların aerodinamik özelliklerinde Reynolds sayısının etkilerinin araştırılması ve yapay sinir ağı modelleri kullanılarak Reynolds'a bağlı aerodinamik veri tabanının tahmini
- Tez No: 806725
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM OZKOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Uçak Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bu çalışma, Reynolds sayısının genel bir uçak modelinin aerodinamik özellikleri üzerindeki etkileri dahil olmak üzere kapsamlı bir aerodinamik veri tabanı oluşturmak için tasarlanmış bir Yapay Sinir Ağı (YSA) modelini inceler. Bu çalışma, özellikle irtifa ve ölçek etkileri üzerinde durarak, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyonları ve bir YSA modeli kullanarak, Reynolds sayısının geniş kapsamlı etkilerini hesaba katan bir aerodinamik veri tabanı oluşturur. Genel bir uçak modeli kullanılarak, ana aerodinamik özellikler üzerinde Reynolds sayısının etkisini değerlendirmek için kapsamlı bir dizi HAD hesaplamaları gerçekleştirildi. Simülasyonlar, farklı Mach sayıları (0.2'den 0.95'e), -12'den 40 dereceye kadar saldırı açıları (AoA), 0'dan 20 dereceye kadar yan kayma açıları (Beta), farklı irtifalar ve farklı ölçekler içeriyordu. Bu simülasyonların amacı, şok konumu kayması, akış ayırma noktası, kontrol yüzeyi verimliliği, kanat stall bölgesi değişikliği ve sürüklenme değişimi gibi çeşitli aerodinamik parametreler üzerinde Reynolds sayısının etkisini araştırmaktı. HAD sonuçlarını dikkatlice inceleyerek, aerodinamik veri tabanı üzerinde irtifa ve ölçeğin etkileri ortaya çıkarıldı. Bulguılar, hem irtifa hem de ölçek tarafından etkilenen Reynolds sayısının, uçağın aerodinamik davranışını önemli ölçüde etkilediğini gösterdi. Şok konumu kayması, akış ayırma noktası, kanat stall bölgesi ve sürüklenme değişikliğinin, Reynolds sayısındaki değişikliklere duyarlı olduğu belirlendi. Ayrıca, Reynolds sayısının, uçağın genel performansı, stabilitesi ve manevra kabiliyeti için önemli sonuçları olabilecek flaplar, aileronlar ve dümen gibi kontrol yüzeylerinin etkinliğini etkilediği bulundu. HAD sonuçlarının bir alt kümesini kullanarak, Reynolds sayısının etkilerini hesaba katan kapsamlı bir aerodinamik veri tabanı oluşturmak için bir YSA modeli oluşturuldu. YSA modeli, Reynolds sayısına dayalı çeşitli aerodinamik özellikleri tahmin etmede teşvik edici sonuçlar gösterdi ve böylece çeşitli uçuş durumları altında bir uçağın performansını anlama ve geliştirme için değerli bir araç sağladı. Bu eşsiz yöntem, Reynolds sayısı ile aerodinamik özellikler arasındaki ilişkilerin etkili bir şekilde tanımlanmasını sağladı ve böylece uçak performansı hakkında daha derin bir anlayışa katkıda bulundu. Bu çalışma, Reynolds sayısının genel bir uçak modelinin aerodinamik performansı üzerindeki büyük etkisini aydınlatmaktadır. HAD analizleri ve bir YSA modeli kullanarak, irtifanın, ölçeğin ve kontrol yüzeyi verimliliğinin etkilerini hesaba katan kapsamlı bir aerodinamik veri tabanı geliştirildi. Bu çalışmanın bulguları, uçakların tasarımını ve performansını geliştirmek için kullanılabilir, özellikle Reynolds sayısının çeşitli aerodinamik parametreler üzerindeki etkisi açısından. Gelecekteki çalışma yönleri, veri tabanını daha geniş bir uçuş durumu yelpazesi kapsayacak şekilde genişletmeyi, süpersonik ve hipersonik uçuş rejimlerinde Reynolds sayısının etkilerini incelemeyi ve kontrol yüzeylerini daha yüksek verimlilik ve performans için daha da geliştirmeyi içerebilir. Ayrıca, belirli uçuş bölgeleri için yeni YSA modellerinin oluşturulması ve kontrol yüzeyi açılı HAD bulgularının entegrasyonu, kontrol yüzeylerinin tasarımı ve optimizasyonu hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir. Bu çalışma, aerodinamik performansı belirlemedeki kritik Reynolds sayısının işlevi hakkındaki bilgi birikimine katkıda bulunur, bu da sofistike uçakların tasarımı ve geliştirilmesi ve aerodinamik alanının genelinde olası etkilerle sonuçlanabilir.
Özet (Çeviri)
This paper examines an Artificial Neural Network (ANN) model that was constructed to create a comprehensive aerodynamic database, including the effects of Reynolds number on the aerodynamic features of a generic aircraft model, with a particular emphasis on the impacts of altitude and scale. Using Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and an ANN model, a comprehensive aerodynamic database that accounts for the wide-ranging impacts of Reynolds number is generated. Using a generic aircraft model, a comprehensive set of CFD calculations were performed to evaluate the effect of Reynolds number on key aerodynamic properties. The simulations included different Mach numbers (0.2 to 0.95), angles of attack (AoA) ranging from -12 to 40 degrees, sideslip angles (Beta) ranging from 0 to 20 degrees, different altitudes, and different scales. The purpose of these simulations was to investigate the effect of Reynolds number on a variety of aerodynamic parameters, including as shock location translation, flow separation point, control surface efficiency, wing stall region change, and drag exchange. By carefully scrutinizing the CFD results, the effects of altitude and scale on the aerodynamic database were uncovered. The findings demonstrated that the Reynolds number, which was affected by both altitude and scale, significantly affected the aerodynamic behavior of the aircraft. It has been noted that the translation of shock location, flow separation point, wing stall region, and drag change are all sensitive to variations in Reynolds number. Moreover, the Reynolds number was found to influence the effectiveness of control surfaces such as flaps, ailerons, and rudder, which could have significant ramifications for the aircraft's overall performance, stability, and maneuverability. Using a subset of CFD results, an ANN model was created in order to construct a comprehensive aerodynamic database that accounts for Reynolds number effects. The ANN model displayed encouraging results in forecasting various aerodynamic characteristics based on Reynolds number, giving a valuable tool for comprehending and enhancing the performance of an aircraft under varying flying situations. This unique method enabled the effective identification of correlations between Reynolds number and aerodynamic properties, so contributing to a deeper comprehension of aircraft performance. This study illuminates the major influence of Reynolds number on the aerodynamic performance of a generic airplane model. Using CFD analyses and an ANN model, a comprehensive aerodynamic database accounting for the impacts of altitude, scale, and control surface efficiency was developed. This study's findings can be utilized to enhance the design and performance of aircraft, particularly in respect to the influence of Reynolds number on various aerodynamic parameters. Future study directions could include expanding the database to encompass a broader range of flight situations, examining the impacts of Reynolds number in supersonic and hypersonic flight regimes, and improving control surfaces further for improved efficiency and performance. In addition, the creation of new ANN models for certain flight zones and the incorporation of control surface-deflected CFD findings may provide more insights into the design and optimization of control surfaces. This study contributes to the growing body of knowledge regarding the critical function of Reynolds number in determining aerodynamic performance, with possible implications in the design and development of sophisticated aircraft and the broader area of aerodynamics.
Benzer Tezler
- Küt cisimlerde sürüklenme kuvvetinin azaltılması için kilitlenmiş girdap oluşumlarının deneysel yöntemlerle araştırılması
Başlık çevirisi yok
ŞEREF ERKARA
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ZEKİ ERİM
- Uçak kanadı üzerinde kullanılan girdap üreteçlerinin aerodinamik karakteristikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of vortex generators mounted on airfoil on aerodynamic characteristics
MESUT ALGAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SARIOĞLU
- Genlik modülasyonlu dalgalı geometriye sahip uçak kanadının aerodinamik performansının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the aerodynamic performance of a tubercle airfoil with amplitude modulation
MEHMET SEYHAN
Doktora
Türkçe
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SARIOĞLU
PROF. DR. YAHYA ERKAN AKANSU
- İki-elemanlı bir profil sisteminde yüksek basınç gradyantlı flap üstü akım alanının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
SERHAT AYDOĞAN
- Kanat profilleri izler kenarına çentik uygulamasının akış gürültüsüne olan etkisinin hesaplamalı olarak incelenmesi
Investigation of airfoil self noise with trailing edge serrations using computational methods
ÇAĞRI AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. UĞUR ORAL ÜNAL