Airfoil shape manipulation using pressure-driven soft actuators
Basınçla çalışan yumuşak aktüatörler kullanılarak kanat profili şekil değiştirmesi
- Tez No: 999769
- Danışmanlar: DOÇ. MELİN ŞAHİN, PROF. OĞUZ UZOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde havacılıkta kullanılan şekil değiştirebilen yapısal yüzeylere duyulan ilgi artmaktadır. Bu eğilim, daha yüksek aerodinamik verimlilik, yapısal uyarlanabilirlik ve uçuşta operasyonel avantaj elde etme hedeflerinden kaynaklanmaktadır. Basınçla çalışan yumuşak aktüatörler, klasik mekanik sistemlere alternatif olarak, hafif ve kompakt yapıları sayesinde kesintisiz ve kontrollü şekil değişimlerine olanak tanımaktadır. Bu tezde, yumuşak aktüatörlerin yapısal karakterleri ve kanat profili üzerindeki şekil değiştirebilme kabiliyetleri incelenmiştir. Çalışmada MSC Nastran SOL400 kullanılarak, iç basınç altında büyük deformasyonları tanımlayabilen doğrusal olmayan bir sonlu elemanlar analiz yöntemi geliştirilmiştir. Elastomer bileşenler Neo-Hookean hiperelelastik modelle temsil edilirken, alüminyum alt parçalar doğrusal dayanım sağlayıcı özellikle tanımlanmıştır. Model oluşturma, iç basınç tanımı ve parametrik analiz adımları Python tabanlı bir otomasyon arayüzü ile gerçekleştirilmiştir. Farklı hücre sayısı, hiperelelastik malzeme sertliği ve kesit geometrilerinin etkileri değişen basınç değerleri için karşılaştırılmış, 20 × 20 mm kesitli ve 2 mm enine kalınlıklı yumuşak aktüatörün esneklik ile gerilme dayanımı arasında en uygun dengeyi sağladığı görülmüştür. Bu yapı temel alınarak geliştirilen optimizasyon algoritması, NACA0015 kanat profilinde yer alan on bir aktüatörün basınçlarını kontrol ederek profilin NACA4415 geometrisine başarılı şekilde şekil değiştirmesini mümkün kılmıştır.
Özet (Çeviri)
The need for higher aerodynamic efficiency and structural adaptability has increased the interest in morphing aircraft structures. Among different morphing concepts, pressure-driven soft actuators provide a lightweight alternative to conventional mechanisms, allowing smooth and continuous shape changes. This study investigates the structural response and morphing capability of pressure-driven soft actuators and their application to a two-dimensional airfoil. A nonlinear finite element modeling approach is developed in MSC Nastran SOL400 to simulate large deformations of hyperelastic materials under internal pressure. The Neo-Hookean model is used for the elastomeric regions, while aluminum components are modeled as linear elastic, isotropic material. Model generation, pressure loading, and analyses are automated with Python scripts for consistency and efficiency. Nonlinear analyses are carried out to examine how the number of cells, elastomeric material property, and cross-sectional geometry affect deformation. The actuator with a 20 × 20 mm cross-section and 2 mm transverse thickness provided the best balance between flexibility and strength. Using this configuration, an optimization algorithm is developed to control actuator pressures, enabling eleven actuators integrated into a NACA0015 airfoil to match the NACA4415 target profile. The results show that pressure-driven soft actuators can achieve controlled and repeatable morphing under aerodynamic loads, demonstrating their potential for future adaptive airfoil applications.
Benzer Tezler
- Multi-objective optimization of airfoil geometry for aerodynamic efficiency and noise reduction using bezier parametrization
Bezıer parametrizasyonu kullanarak aerodinamik verimlilik ve gürültü azaltma için kanat geometrisinin çok amaçlı optimizasyonu
ALİ İHSAN İŞGÜDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- 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
- Aeroelastic analysis of 2 dof typical airfoil section modeled with shape memory alloy springs
Şekil hafızalı alaşım yayı ile örneklenmiş iki serbestlik dereceli kanat profilinin aeroelastik çözümlemesi
OSMAN DAĞLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
- A deep neural network methods to predict aeroelastic responses of a shape memory alloy hysteretic springs based typical airfoil section
Şekil hafıza alaşımlı histeretik yay içeren tipik bir kanat kesitinin aeroelastik tepkilerinin tahmini için derin sinir ağı yöntemleri
OSMAN DAĞLI
Doktora
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
- Simetrik kanat profili eğrilerinin polar koordinat dönüşümü ile modellenmesi
Polar coordinate transformation representation of symmetric airfoil curves
ERKAN ORMAN
Doktora
Türkçe
2022
Uçak MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiUçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
DR. GÖKHAN DURMUŞ