Design and analysis of composite rotor blades for the unmanned helicopter
İnsansız helikopterler için kompozit pal tasarımı ve analizi
- Tez No: 902010
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HAMİT TEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: CFD, Kompozit Malzemeler, Kaldırma ve Sürükleme Katsayıları, Saldırı Açı, CFD, Composite Materials, Lift and Drag Coefficients, Angle of Attack Keywords: CFD, Angle of Attack
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Türk Hava Kurumu Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine ve Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
İnsansız helikopterlere yönelik kompozit rotor kanatlarının tasarımı ve analizi, çeşitli uçuş koşullarında yapısal bütünlüğü korurken optimum aerodinamik performansı elde etmesi gerektiğinden karmaşık bir görevi temsil etmektedir. Bu çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi ve yapısal analizi entegre ederek kompozit rotor kanatlarının tasarımına odaklanmıştır. Tezin temel amacı, farklı kanat tasarımlarının verimli uçuş operasyonları için gerekli olan kaldırma ve sürükleme katsayılarını nasıl etkilediğine dair anlayışımızı geliştirmek ve deformasyonlara karşı yapısal sağlamlığı değerlendirmektir. Bu tez kapsamında ANSYS yazılımını kullanarak, NACA 0012 kanat profiline sahipüçlü rotor kanadınkaldırma ve sürükleme katsayılarını hesaplamak için ayrıntılı bir HAD analizi gerçekleştirdi; bu analiz, farklı geometri saldırı açılarında (AoA) ve devirlerde gerçekleştirildi. Bu simülasyonlar, farklı uçuş senaryoları altında aerodinamik performansın kapsamlı bir şekilde araştırılmasına olanak tanıdı ve sürüklenmeyi en aza indirmek ve kaldırma kuvvetini en üst düzeye çıkarmak için en uygun tasarım özelliklerine ilişkin değerli bilgiler sağladı. Bulgularımız, üstün aerodinamik verimliliğin elde edilmesinde kanat geometrisi ve malzeme bileşiminin kritik rolünün altını çiziyor Aynı zamanda operasyonel yükler altında kanatların toplam deformasyonun ve başarısızlık kriterlerini hesaplamak için yapısal analizler gerçekleştirdi. Bu çalışmanın bulguları, hücum açısının arttırılmasının, kaldırma kuvveti ve kaldırma katsayısı değerlerinin arttırılması için çok önemli olduğunu göstermektedir. Ayrıca, sürükleme kuvveti ve sürükleme katsayısının yükselmesi gözlemlenmiştir.Sonuçlar, 5° hücum açısında sürükleme katsayısı (Cd) ve kaldırma katsayısı (Cl) değerlerinin sırasıyla 0,1 ve 0,3 olduğunu, 15°'de ise değerlerin sırasıyla 0,2 ve 0,7'ye yükseldiğini göstermektedir. Ayrıca, çalışmada yapısal analizde Hashin Başarısızlık Kriteri kullanıldı. Epoksi Karbon UD 395 GPA Prepreg'in [45°/-45°/-0°/90°/0°/-45°/45°] katman dizilimi ile birlikte seçilen stres koşulları altında dayanıklılığı sağlandığı bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Analysing and designing composite rotor blades for unmanned helicopters represent a complex task, as they must achieve optimal aerodynamic performance while maintaining structural integrity across diverse flight conditions. This study focused on the design of composite rotor blades by integrating Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis and structural analysis. The primary objective was to enhance our understanding of how different blade designs impact lift and drag coefficients, essential for efficient flight operations, and to evaluate structural robustness against deformations. Using ANSYS software, a comprehensive CFD analysis was carried out to capture the lift and drag coefficients of 3D rotor blade geometries that closely resemble the NACA 0012 blade profile where this analysis was carried out at different geometry angles of attack (AoA) and RPM. These simulations allowed for a comprehensive exploration of aerodynamic performance under different flight scenarios, providing valuable insights into the optimal design characteristics for minimizing drag and maximizing lift. Our findings underscore the critical role of blade geometry and material composition in achieving superior aerodynamic efficiency. Simultaneously, we performed structural analyses to assess the total deformation of the blades under operational loads. This thesis aimed to ensure that the designed blades could withstand the mechanical stresses encountered during flight, thereby ensuring safety and reliability. Through finite element modeling within ANSYS, we thoroughly evaluated the impact of various materials and layup schedules on the structural behavior of the blades, emphasizing the critical balance between strength and weight. The study's conclusions indicate that increasing the angle of attack is crucial for boosting lift force and lift coefficient values. Meanwhile, drag force and drag coefficient also increase but at a slower pace compared to lift force and lift coefficient. The results indicate that at 5° AoA, cd, cl values are 0.1 and 0.3 respectively, while at 15°, the values rose to 0.2 and 0.7 respectively. Furthermore, the study used the Hashin Failure Criterion in the structural analysis. It was found that Epoxy Carbon UD 395 GPA Prepreg with a [45°/-45°/-0°/90°/0°/-45°/45°] stacking sequence resilience under a range of stress circumstances when combined with the chosen.
Benzer Tezler
- Eksenel fonksiyonel derecelendirilmiş rotor pallerinin titreşim analizi
Vibration analysis of axially functionally graded rotor blades
BURAK KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ÖZDEMİR
- İTÜ-HTH tork tüpü tasarımı ve testleri
Design and test of İTU-HTH's torque tube
MUZAFFER KUZUBAŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
- Structural optimization of composite helicopter rotor blades
Kompozit helikopter rotor pallerinin yapısal optimizasyonu
ALPEREN AYBERK IŞIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Bir helikopter rotor palasının kompozit malzeme kullanılarak sonlu elemanlar metodu ile dizaynı
A Helicopter rotor blade design from composite material using finite element method
HALİM ŞAHİN
- Helikopter rotor kanadı titreşimlerinin aktif flaplarla azaltılması
Helicopter rotor blade vibration reduction using active flaps
UĞUR DALLI
Doktora
Türkçe
2007
Havacılık MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞEFAATDİN YÜKSEL