Μοντελοποίηση και Αεροελαστική Μελέτη Πολυθάλαμων Φουσκωτών Πτερύγων με Στηρίξεις και Εσωτερική Φουσκωτή Ράβδο

Λουλουδάκης, Ιωάννης; Louloudakis, Ioannis

dc.contributor.author	Λουλουδάκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Louloudakis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2022-02-10T10:45:24Z
dc.date.available	2022-02-10T10:45:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54665
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22363
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Αεροδυναμική	el
dc.subject	Δομική Μηχανική	el
dc.subject	Φουσκωτές Πτέρυγες	el
dc.subject	Αεροελαστικότητα	el
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Aerodynamics	en
dc.subject	Structural Engineering	el
dc.subject	Aeroelasticity	el
dc.subject	Inflatable Wings	el
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	el
dc.title	Μοντελοποίηση και Αεροελαστική Μελέτη Πολυθάλαμων Φουσκωτών Πτερύγων με Στηρίξεις και Εσωτερική Φουσκωτή Ράβδο	el
dc.title	Modeling and Aeroelastic Analysis of Caterpillar-Shaped Inflatable Wings with Tether Supports and Internal Inflatable Bar	en
dc.contributor.department	Μονάδας Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αεροελαστικότητα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07-30
heal.abstract	Η διπλωματική αυτή εργασία ασχολείται με το σχεδιασμό πολυθάλαμων φουσκωτών πτερύγων με σχοινιά στήριξης, με βάση την αεροτομή NACA4318, και βασικό εργαλείο, μεθόδους και λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής και υπολογιστικής δομικής ανάλυσης, αλλά και τεχνικές αλληλεπίδρασής τους. Ένας στόχος της εργασίας αυτής είναι ο εμπλουτισμός της κλασικής γεωμετρίας φουσκωτής πτέρυγας πολλαπλών θαλάμων με σχοινιά ελέγχου που προσδένονται σε ειδικά ραμμένες επεκτάσεις στα άκρα της πτέρυγας κοντά στις ακμές πρόσπτωσης και εκφυγής. Η λογική της γεωμετρίας με τις ραμμένες επεκτάσεις είναι ότι οι τάσεις του σχοινιού πρόσδεσης προς την πτέρυγα επιμερίζονται στην επιφάνεια της στήριξης και όχι μόνο στα σημεία πρόσδεσης. Με αυτόν τον τρόπο αναμένεται η αποφυγή μορφολογικής αλλοίωσης της αεροτομής λόγω μεγάλων αεροδυναμικών φορτίων με σκοπό τη διατήρηση της αεροδυναμικής απόδοσης αλλά και τη μείωση των παραμορφώσεων. Μια ακόμη γεωμετρία που σχεδιάζεται και αναλύεται δομικά και αεροελαστικά είναι η περίπτωση φουσκωτής πτέρυγας με διαμπερή εσωτερική φουσκωτή ράβδο που είναι ραμμένη στις διαχωριστικές επιφάνειες μεταξύ των διαδοχικών θαλάμων. Η ράβδος αυτή έχει μεγαλύτερη τιμή εσωτερικής πίεσης πεπιεσμένου αέρα σε σχέση με την υπόλοιπη φουσκωτή πτέρυγα. Αυτή η σχεδιαστική παραλλαγή έχει στόχο την εκμετάλλευση της ράβδου ως μέσου επιπλέον στιβαρότητας της μορφής. Ακόμη, με ταυτόχρονη χρήση λεπτότερου υλικού είναι δυνατή η αντιστάθμιση ενός μέρους του συνολικού βάρους της κατασκευής με το επιπλέον πεπιεσμένο αέρα που βρίσκεται εντός της ράβδου. Στις προαναφερθείσες γεωμετρίες-περιπτώσεις διευρευνούνται οι ιδιότητες υλικού κατασκευής, αλλά και ο ρόλος της τιμής της εσωτερικής πίεσης πεπιεσμένου αέρα και του πάχους του υλικού της πτέρυγας. Στο τέλος, πραγματοποιούνται συγκρίσεις με βάση τα δομικά δεδομένα που επιλέχθηκαν για πτέρυγες με ή χωρίς επεκτάσεις, χρησιμοποιώντας ως μέτρα σύγκρισης τη μέγιστη μετατόπιση των κόμβων της πτέρυγας και τη σύγκλιση (κόστος) της αεροελαστικής ανάλυσης. Αντίστοιχες συγκρίσεις πραγματοποιούνται για τη γεωμετρία με τη φουσκωτή ράβδο με επιπλέον κριτήριο σύγκρισης το συνολικό βάρος της πτέρυγας. Κατά το σχεδιασμό των αναλυόμενων πολυθάλαμων γεωμετριών, προστίθενται όσο το δυνατόν περισσότερα κυκλικά προφίλ στην αεροτομή NACA4318 διαμορφώνοντας σε αυτή συνεχή αυλακώδη εξωτερική επιφάνεια για τη μέγιστη αεροδυναμική της απόδοση. Η αεροελαστική ανάλυση πραγματοποιείται με συνδυαστική χρήση του λογισμικού PUMA (Parallel solver for Unstructured grids for Multi-Blade row computations, including Adjoint) της Μονάδας Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του ΕΜΠ (ΜΠΥΡΒ/ΕΜΠ) για την επίλυση των Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) εξισώσεων για συμπιεστή ροή και του εμπορικού κώδικα MAPDL (Mechanical ANSYS Parametric Design Language), ο οποίος αποτελεί τμήμα του εμπορικού λογισμικού ANSYS για την επίλυση των εξισώσεων της δομικής ανάλυσης.	el
heal.abstract	This diploma thesis is dealing with the design of caterpillar-shaped inflatable wings with supporting tethers based on the airfoil NACA4318, using Computational Fluid Dynamics (CFD) and Computational Solid Mechanics (CSM) software and Fluid Structure Interaction methods. The first goal of this thesis is the enrichment of the classic caterpillar-shaped wing's geometry with supports sewn to areas close to the leading and trailing edges of the wing where tethers would be attached. The key concept is that the structural loads exerted from the tether to the wing’s fastening surface, would scatter to the fastening area, not only the junction points between tethers and wing. As a result, shape deformation caused by large aerodynamic loads, which might damage the aerodynamic performance of the airfoil is avoided, and the maximum wing deformation is reduced. Then, a new caterpillar-shaped wing geometry is designed and subjected to structural and aeroelastic analysis. This wing consists of an internal hollow inflatable bar which is sewn on the transversal baffles that separate the wing into multiple airtight compartments. This bar is inflated at a higher pressure than the wing compartments. This design variation, aims to use the inflatable bar as an extra structural reinforcement tool. Additionally, using thinner structural material and larger internal pressure value, an amount of the total weight can be counterbalanced by the extra inflation. In all the cases mentioned above, studies on the material properties, the internal pressure value and the material thickness are carried out. Then comparisons are performed based on the same structural data, between the cases with and without sewn tether overgrowth supports, using as criterion measures the maximum deformation and the aerodynamic behavior of the wing (lift) throughout the aeroelastic cycles. Additional comparisons are made among wings enhanced with and without the inflatable bar, with the overall wing's weight as an additional criterion. During the studies, full exploitation of the airfoil NACA4318 profile is made, since the circular profiles of the caterpillar-shaped wing make the wing's surface bumpy and affect the aerodynamic performance. In order to perform the aeroelastic analysis, the PUMA (Parallel solver, for Unstructured grids, for Multi-blade row computations, including Adjoint) GPU-enabled CFD solver by the Parallel CFD & Optimization Unit (PCOpt/NTUA) is used for the flow prediction and the aerodynamic load computation. For the structural analysis, the commercial s/w MAPDL (Mechanical ANSYS Parametric Design Language by ANSYS) is used, since this can be executed in batch mode from a script and can readily be integrated into an aeroelastic analysis loop.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.advisorName	Giannakoglou, Kyriakos	en
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	104 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false