Παραμετρική ανάλυση και σχεδιασμός αεροδυναμικών επιφανειών μικρών αεροσκαφών με μορφοποιούμενη γεωμετρία

Μυλωνάς, Ιωάννης; Mylonas, Ioannis

dc.contributor.author	Μυλωνάς, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Mylonas, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2023-04-28T08:52:16Z
dc.date.available	2023-04-28T08:52:16Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57579
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25276
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μορφοποίηση	el
dc.subject	Παραμετροποίηση	el
dc.subject	Συνάρτηση οριζόμενη από τον χρήστη	el
dc.subject	Δυναμικά Πλέγματα	el
dc.subject	Μη Επανδρωμένο Αεροσκάφος	el
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστομηχανική	el
dc.subject	Morphing	en
dc.subject	Parametrization	en
dc.subject	User Defined Function	en
dc.subject	Dynamic Meshing	en
dc.subject	Unmanned Aerial Vehicle	en
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Ansys Fluent	en
dc.subject	XFOIL	en
dc.title	Παραμετρική ανάλυση και σχεδιασμός αεροδυναμικών επιφανειών μικρών αεροσκαφών με μορφοποιούμενη γεωμετρία	el
dc.title	Parametric analysis and design of UAV wings with morphing geometry	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αεροναυπηγική	el
heal.classification	Ρευστομηχανική	el
heal.classification	Αεροδυναμική	el
heal.classification	Aeronautics	en
heal.classification	Fluid Mechanics	en
heal.classification	Aerodynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-03-17
heal.abstract	Στον τομέα της μηχανικής, ο όρος μορφοποίηση περιγράφει την ομαλή αλλαγή της μορφής ή του σχήματος μιας κατασκευής χωρίς την σχετική κίνηση διακριτών μερών. Στην αεροναυπηγική o όρος χρησιμοποιείται κυρίως για να περιγράψει αλλαγές στη γεωμετρία της πτέρυγας του αεροσκάφους. Οι πτέρυγες που μορφοποιούνται παρουσιάζουν βελτίωση της αεροδυναμικής απόδοσης, της οικονομίας καυσίμου και του αεροδυναμικού θορύβου, ενώ προσφέρουν την δυνατότητα απαλλαγής του αεροσκάφους από τους πολύπλοκους υπεραντωτικούς μηχανισμούς και τις συμβατικές επιφάνειες ελέγχου, προσθέτοντας παράλληλα μεγαλύτερη ευελιξία στην περιβάλλουσα των συνθηκών πτήσης του. Στην παρούσα διπλωματική εξετάζεται ένα συγκεκριμένο είδος μορφοποίησης της πτέρυγας, που αφορά την αλλαγή καμπυλότητα του χείλους εκφυγής. Εφαρμόζεται μια παραμετρική μέθοδος μοντελοποίησης της παραμόρφωσης της, η οποία εφαρμόζεται σε μια δισδιάστατη μη συμμετρική αεροτομή, οι αεροδυναμικές επιδόσεις της οποίας συγκρίνονται με τα αντίστοιχα μιας συμβατικής αεροτομής με αρθρωτό πτερύγιο (flap). Η ανάλυση πραγματοποιείται στο λογισμικό Ansys Fluent για ένα μεγάλο εύρος γωνιών και τα αποτελέσματα συσχετίζονται με αυτά από το λογισμικό Xfoil που χρησιμοποιεί την μέθοδο των Πλαισίων στις δύο διαστάσεις. Παρατηρήθηκε αρκετά καλή συμφωνία μεταξύ των δύο μοντέλων, η οποία αποτυπώθηκε μέσα από τους βασικούς αεροδυναμικούς συντελεστές. Η μορφοποιημένη αεροτομή εμφάνισε βελτίωση της αεροδυναμική απόδοσης κατά 6.9% στη βέλτιστη γωνία προσβολής και μέγιστη αύξηση της απόδοσης κατά 14.5%, συγκριτικά με την αεροτομή με το αρθρωτό πτερύγιο. Η παραπάνω μοντελοποίηση προεκτάθηκε στην συνέχεια και στην τρισδιάστατη πτέρυγα για την αεροδυναμική μελέτη ενός μηχανισμού μορφοποίησης, για εφαρμογή σε ένα μικρό μη επανδρωμένο αεροσκάφος. Για την μορφοποιημένη γεωμετρία της πτέρυγας εφαρμόστηκε ένα επιπλέον παραμετρικό μοντέλο για την συσχέτιση της παραμόρφωσης της ακμής εκφυγής με την θέση κατά μήκος του εκπετάσματος. Ο παραπάνω μηχανισμός μελετήθηκε μέσα από το περιβάλλον του Fluent, εφαρμόζοντας μια συνάρτηση οριζόμενης από τον χρήστη (User Defined Function) και του Δυναμικού Πλέγματος (Dynamic Meshing), για την ενημέρωση του πλέγματος γύρω από την μορφοποιούμενη περιοχή κοντά στο χείλος προσβολής. Πραγματοποιήθηκε μια ανάλυση μόνιμης ροής, κατά την οποία καταγράφηκαν οι αλλαγές των βασικών αεροδυναμικών συντελεστών, του συντελεστή ροπής περιστροφής, καθώς και των πεδίων πίεσης και ταχύτητας για διάφορες γωνίες προσβολής μεταξύ της αρχικής και της μορφοποιημένης πτέρυγας. Τέλος πραγματοποιήθηκε μια ανάλυση μη μόνιμη ροής για την αποτύπωση των δυναμικών μεταβολών του πεδίου πίεσης κατά μήκος του εκπετάσματος και γύρω από την πτέρυγα κατά την διάρκεια της μορφοποίησης. Τα αποτελέσματα μπορούν να αποτελέσουν εφαλτήριο για τον σχεδιασμό του μηχανισμού που θα ελέγχει την περιστροφή ενός ΣμηΕΑ περί τον διαμήκη του άξονα, ο οποίος θα συνδυάζει τις κατάλληλες επικαλύψεις (skins), επενεργητές και νόμους ελέγχου.	el
heal.abstract	In the field of engineering, the term ‘morphing’ describes the smooth change of the shape or form of a structure without the relative movement of discrete parts. In aeronautics, it is mostly used to describe changes in the geometry of the aircraft’s wings. Morphing wings exhibit increase in aerodynamic performance, better fuel efficiency, reduced aerodynamic noise, while offering the capability of removing the conventional high lift devices and control surfaces, providing at the same time greater flexibility to the aircraft’s flight envelope. Among the different types of wing morphing, the current diploma thesis focuses on trailing edge camber morphing. The morphing deformation is modeled using a parametric method, which is applied on a two-dimensional non-symmetrical airfoil, in order to calculate its aerodynamic performance and compare the results with a conventional flapped airfoil under the same flow conditions. The analysis was carried out using Ansys Fluent for a wide range of angles of attack and the results were then compared with the ones obtained from XFOIL, which uses the two-dimensional panel method for the analysis of subsonic isolated airfoils. A good agreement between the two computational methods was observed and recorded through the basic aerodynamic coefficients. The morphed airfoil showed an increase in its aerodynamic efficiency of 6.9% at the optimal angle of attack and a maximum increase in efficiency of about 14.5%, compared to the flapped airfoil. The above parametric model was then implemented to a three-dimensional straight wing, intended for a UAV application, and an aerodynamic analysis was performed. To obtain the three-dimensional morphing configuration, an additional parametric model was implemented which would correlate the trailing edge deformation with the position along the wing span. The above mechanism was studied through Fluent using a User Defined Function (UDF) and Dynamic Meshing, used to update the mesh around the wing deforming portion. A steady-state analysis for the morphed and the original wing was performed, and the change of the basic aerodynamic coefficients, the rolling moment coefficient, as well as the pressure and velocity fields for various angles of attack was recorded. A transient analysis was performed in order to obtain the dynamic pressure changes along the wing span and around the wing during the morphing process. The results could be utilized to develop a mechanism, used to control the rotation of a UAV about its longitudinal axis, combining the right flexible skins, actuators and control laws.	en
heal.advisorName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.advisorName	Spitas, Vasilios	en
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false