Determination of flutter speed of nonlinear wings
Doğrusal olmayan kanatlarda çırpınma hızının belirlenmesi
- Tez No: 826717
- Danışmanlar: PROF. DR. ENDER CİĞEROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Çırpıntı, belirli bir akış hızı, yani çırpıntı hızına ulaşıldığında aerodinamik kuvvetler sonucunda kanat veya levha benzeri yapılar üzerinde meydana gelen bir fenomendir. Çırpıntı, aşırı titremelere ve sonunda kanat yorgunluk arızasına yol açar. Çırpıntı fenomenine karşı birçok çözüm önerilmiştir. Hava akışının etkisi altındaki kanat veya levha benzeri yapılar, bağlantılar veya kullanılan malzemelerden dolayı doğrusal olmayan unsurlar içerebilir. Bu çalışmada, dönüşsel serbestlik derecesi ile bağlantılı yapısal doğrusal olmayan unsurların çırpıntı hızı üzerindeki etkisi, 2D kanat modeli kullanılarak incelenmiştir. Bu çalışmada ele alınan yapısal doğrusal olmayan unsurlar yumuşak kübik sertlik, parçalı doğrusal sertlik ve serbest oynama (boşluk) doğrusal olmayan unsurlarıdır. Bu doğrusal olmayan unsurlar, uygulamada en yaygın olanlar olarak seçilmiştir. Ayrıca, doğrusal olmayan von Karman gerilme teorisi kullanılarak, kritik çırpıntı hızının belirlenmesi ve kare, paralelkenar ve yamuk düz kanat modelleri için çırpıntı sonrası LCO analizi yapılmıştır. Sonuçlar, ticari sonlu eleman çözümleri ve literatürde daha önce sunulan sonuçlarla doğrulanmıştır. Kanat üzerinde etkili olan aerodinamik kaldırma ve moment, Theodorsen'in düzensiz aerodinamiklerini kullanarak elde edilmiştir, bu sadece süpersonik akış için geçerlidir. Süpersonik durum çalışmaları için, aerodinamik kuvvetleri modellemek için piston teorisi kullanılmıştır. Literatürdeki çalışma, sistemde doğrusal olmayan unsurlar bulunduğunda diferansiyel denklemler için sayısal zaman ilerlemeli çözümler kullanır. Zaman ilerlemeli çözümler, bağlı HAD çözücüler ile de kullanılabilir; ancak bu çözücüler hesaplamalı masraf açısından çok maliyetlidir. Bu çalışmada, Newton'un metodu kullanılarak, Tanımlayan Fonksiyon Metodu (DFM) ve Harmonik Denge Metodu kullanılarak frekans alanında çırpıntı hızı elde edilmiştir. Elde edilen doğrusal olmayan özdeğer problemi, zaman ilerlemeli yöntemler olmadan Newton' un metodu ile çözülmüştür. Bu doğrusal olmayan unsurlar için elde edilen çırpıntı sonrası LCO sonuçları sunulmuş ve karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Flutter is a phenomenon that occurs in wings or plate-like structures as a result of aerodynamical forces when a certain flow speed, i.e., flutter speed, is reached. Flutter results in severe vibrations, eventually leading to wing fatigue failure. Many solutions are suggested against the flutter phenomena. Wings or plate-like structures under the effect of flowing air may contain nonlinearities due to connections or materials used. This paper studies the effect of different structural nonlinear elements on the flutter speed using a 2D wing model. Structural nonlinearities are connected to rotational DOF. The structural nonlinearities that are considered in this work are softening cubic stiffness, piecewise linear stiffness and freeplay(gap) nonlinearity. These nonlinearities are chosen as these are the most common nonlinearities in the practice. Moreover, using the nonlinear von Karman strain theory, critical flutter speed determination and post-flutter LCO analysis are made for square, parallelogram, and trapezoidal flat wing models. The results are validated with commercial finite element solutions and previously presented results in the literature. Aerodynamic lift and moment acting on the airfoil are obtained using Theodorsen's unsteady aerodynamics, which only applies to subsonic flow. For supersonic case studies, piston theory is used to model aerodynamic forces. The work in the literature uses numerical time-marching solutions to differential equations when nonlinearities are present in the system. Time marching solutions with coupled CFD solvers can also be used; however, these solvers are very costly in computational expense. In this study, Newton's method approach is utilized to obtain the flutter speed in the frequency domain by using Describing Function Method (DFM) and Harmonic Balance Method. The nonlinear eigenvalue problem obtained is solved with Newton' method without time marching methods. Post flutter LCO results obtained for these nonlinearities are presented and compared.
Benzer Tezler
- Effects of design parameters on the aeroelastic performance of a cruise missile wing
Tasarım değişkenlerinin bir seyir füzesi kanadının aeroelastik performansı üzerindeki etkileri
BURAK ERTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ YAMAN
- Determination of flutter derivatives from free vibration test results
Başlık çevirisi yok
ÖZGÜR AVŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Mühendislik BilimleriTechnische Universität Hamburg-HarburgYapı Mekaniği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UWE STAROSSEK
- Bir hava aracı komponentinin dinamik karakteristiklerinin teorik ve deneysel modal analiz metoduyla belirlenmesi
Determination of dynamic characteristic of an air vehicle's component by experimental and theoretical modal analysis method
HALİL ULAŞ ŞEKERCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN