Aerodynamic analysis of flapping wing actuated with pzt material including aeroelastic deformation
Pzt malzeme ile harekete geçirilen çırpan kanadın aeroelastik deformasyonlu aerodinamik analizi
- Tez No: 850139
- Danışmanlar: PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ, PROF. DR. NEVSAN ŞENGİL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kelebek Kanadı, Çırpan Kanat, Aeroelastik Analiz, Piezoelektrik Malzeme, Deneysel Yöntemler, Bilgisayar Tabanlı Yöntemler, Butterfly Flapping Wings, PZT Material, Aeroelastic Analysis, Experimental Methods, Computational Methods
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Bu tezde, aerodinamik kuvvetlerin ve esnek çırpan kanatların yapısal deformasyonlarının kararsız koşullar altında nasıl etkileşime girdiğini anlamak için hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemler bir çözüm olarak önerilmektedir. Deneylerin ilk bölümünde kanat malzemesinin yapısal özellikleri (Young modülü, Poisson oranı, yoğunluk gibi) araştırılmış ve kanat modelleri ince alüminyum malzemeden üretilmiştir. Deneyleri gerçekleştirmek için bir adet esnek dikdörtgen kanat ve bir adet Kızıl sinekkuşu kanadı seçildi. Bu kanatlar, doğadaki uçan canlılarda bulunan damar yapısı taklit edilmeden, düz bir alüminyum plakadan üretilmektedir. Bu deneyler boyunca kanatlar, piezoelektrik tetikleyiciler kullanılarak kanat çırpma hareketi verilerek tetiklenmektedir. Kuvvet ölçümleri ATI Nano 17 kuvvet/tork sensörü ile ölçülmektedir ve kanat deformasyonları DIC yüksek hızlı kamera sistemi ile toplanmaktadır. Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) sisteminden elde edilen yer değiştirme değerleri sayısal modele girdi sağlamıştır. Düşük Reynolds sayılarında laminer akış koşullarının simülasyonları Ansys Fluent yazılımı kullanılarak gerçekleştirilir. Sonuç olarak, yüksek hızlı kamera sistemi tarafından yakalanan deformasyonların kanat akışı üzerindeki etkisi gözlemlenmektedir. Böylece yapısal deformasyonların akış üzerindeki etkisi gözlemlenir ve yapısal deformasyonlardan dolayı akışa etkileri belirlenir. Uzun ve karmaşık analiz tekniklerinin kullanılması yerine deneysel ve sayısal yöntemlerin bir arada kullanılması araştırmayı kolaylaştırmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, both experimental and computational methods are proposed as a solution to understand how aerodynamic forces and structural deformations of flexible flapping wings interact utilizing unsteady conditions. In the first part of the experiments, the structural properties (e.g., Young's modulus, Poisson's ratio, density) of the wing material are investigated and the wing models are fabricated from thin aluminum material. To conduct the experiments, one flexible rectangular wing and one Rufous hummingbird wing are selected. These wings are manufactured from a flat aluminum plate without replicating the vasculature structure found in flying creatures of nature. Throughout these experiments, the wings are induced to flapping motion using piezoelectric actuators. Force measurements are obtained by the ATI Nano 17 force/torque sensor and the wing deformations are collected by the DIC high-speed camera system. The displacement values obtained from the Digital Image Correlation (DIC) system provided inputs to the numerical model. The simulations of the laminar flow conditions at low Reynolds numbers are conducted using Ansys Fluent software. Consequently, the impact of deformations captured by the high-speed camera system on the wing's flow is observed. Thus, the effect of structural deformations on the flow is observed, and their impacts on the flow due to structural deformations are determined. The combined use of experimental and numerical methods was facilitated rather than employing lengthy and intricate analysis methods.
Benzer Tezler
- Dört kanatlı mikro hava aracı tasarımı ve kontrolü
Design and control of micro aerial vehicle with four flapping wings
ABDURRAHMAN İŞBİTİRİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Biyo-esinlenmiş çırpan kanat modellerinin aeroelastik analizleri
Aeroelastic analysis of bio-inspired flapping wing models
MÜRVET BEKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLER
PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ
- Numerical and experimental analysis of flapping wing motion
Çırpan kanat hareketinin sayısal ve deneysel incelenmesi
EBRU SARIGÖL
Doktora
İngilizce
2007
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAFİZ ALEMDAROĞLU
- Kanat çırpma hareketi bulunan dinamik sistemlerin stabilizasyonu
Stabilization of dynamic systems with wing flapping motion
MUSTAFA KAAN ATİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUĞAN
- Experimental analysis of 3D sweeping wings
Üç boyutlu süpürme hareketi yapan kanatların deneysel analizi
HASAN ÇAKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ