Coupling of a multibody simulation tool for the analysis of rotary systems with a panel based flow solver and a navier-stokes flow solver
Dönen sistemlerin çoklu kütleli benzetim aracının panel tabanlı akış çözücüsü ve navier-stokes akış çözücüsü ile etkileşimli analizi
- Tez No: 513775
- Danışmanlar: PROF. DR. ALTAN KAYRAN, PROF. DR. İSMAİL HAKKI TUNCER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- 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
Helikopter ana rotor palleri üzerindeki aeroelastik etkiler, yapıya etkiyen dış yüklerin yüksek doğrulukta bulunabilmesi için helikopter tasarımı açısından kritiktir. Dış yükler ana rotorda, temel olarak aerodinamik yüklerden ve atalet yüklerinden oluşur. Yüksek kiriş-veter oranlı paller çırpınma ile rijit çırpınma hareketinin üzerinde yüksek deformasyonlara uğrar ve rijit ve elastik çırpınma hareketlerinden dolayı pallere etkiyen aerodinamik ve atalet yükleri değişir. Bu nedenle, rotor pali yük analizleri doğrusal olmayan yapısal dinamik, aerodinamik ve kontrol ile ilintili disiplinler arası olmalıdır. Esnek çoklu cisim dinamiği çözücüsü, Dymore, kapsamlı analiz aracı olarak rotor benzetimlerinde kullanılır. Aerodinamik yükler dahili iki boyutlu aerodinamik katsayı tablolarından hesaplanır. Bu tablolar aerodinamik katsayıları Mach sayısına ve hücum açısına bağlı olarak verir. Pal kesitleri için yapılacak aerodinamik şekil optimizasyonunda, her iterasyonda kesit yüzeyleri değiştirilir ve tabloların sadece bir kesit profili için olması nedeniyle değiştirilmiş kesit yüzeyleri için aerodinamik yükler hesaplanamaz. Dolayısıyla, değiştirilmiş kesitlerde çözüm alabilmek için bir aerodinamik çözücü ihtiyacı vardır. Bu çalışmada, DYMORE dahili aerodinamik modülü ilk olarak panel tabanlı akış çözücüsü, XFOIL, ve sonra Reynolds Ortalama Navier-Stokes çözücüsü, SU2 ile değiştirilmiştir. Her kesitte, XFOIL ve SU2 ile hesaplanan aerodinamik yük katsayıları ara değerlenen tablo verileri yerine kullanılmıştır. XFOIL ve SU2 kaynak kodları Dymore içine entegre edilmiştir ve C-FORTRAN birlikte çalışabilirlik fonksiyonları ve dış veri yapısı ile tanımlı işaretçiler kullanılarak derlenmiştir. Benzetimler askı koşulunda izole rotor için gerçekleştirilmiştir. UH-60 ana rotor mimarisi modellenmiştir ve NACA 0012 profili pal kesitleri için kullanılmıştır. Doğrulama çalışmaları, 0.4 ve 0.7 Mach sayılarında ve 0 derece ile 15 derece arasında hücum açıları için yapılmıştır. XFOIL ve SU2 ile hesaplanan kaldırma ve sürükleme katsayıları tablo verileri ile uyumludur. Ayrıca bütünleşik analizlerle bulunan merkezi rotor aerodinamik yükleri ve pal açıları dahili aerodinamik modülü sonuçları ile benzerdir.
Özet (Çeviri)
In rotorcraft design, aeroelastic effects on the main rotor blades play a critical role in the accurate estimation of the external loading acting on the structure. The external loading is mainly due to the aerodynamic loads and the inertial loads on the main rotor blades. High aspect ratio blades largely deform in flapping direction on top of rigid body flapping, and due to the rigid and elastic flapping motion, the airloads acting on the blades change continuously. Hence, the rotor blade loads analysis should be interdisciplinary relying on the nonlinear structural dynamics, the aerodynamics and the control. A flexible multibody dynamics solver, DYMORE, is used as a comprehensive analysis tool for rotor simulations. Aerodynamic loads are internally calculated from two dimensional aerodynamic tables which give the aerodynamic coefficients based on the angle of attack and the Mach number. In the aerodynamic shape optimization of blade profiles, at each iteration in the shape optimization, sections are perturbed and for the perturbed sections aerodynamic loads can not be calculated using the look-up tables since these tables are for a certain airfoil shape. Therefore, there is a need for an aerodynamic solver to provide the solution for the perturbed sections. In this study, the internal aerodynamic module of DYMORE is replaced first with a panel based flow solver, XFOIL, and then a Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) solver, SU2. At each section, the aerodynamic load coefficients obtained from XFOIL and SU2 are used instead of interpolated table coefficients. XFOIL and SU2 source codes are embedded into DYMORE and compiled together using the C-FORTRAN interoperability functions and the external data structures with assigned pointers. The simulations are carried out for an isolated rotor in hover. UH-60 main rotor architecture is modeled and NACA 0012 profile is used for blade sections. Validation studies are carried out at Mach numbers of 0.4 and 0.7 for the angle of attack range of 0 to 15 degrees. The lift and drag coefficients obtained from XFOIL and SU2 are in good agreement with the table values. Hub airloads and blade angles obtained from the coupled analyses are also in close correlation with the internal aerodynamic results.
Benzer Tezler
- DEMİRYOLU TAŞITI TEKERLEK TAKIMI SİNÜS HAREKETİNİNANALİTİK VE HESAPLAMALI YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ
ANALYTICAL AND COMPUTATIONAL INVESTIGATION OF HUNTINGINSTABILITY FOR A RAILWAY VEHICLE WHEELSET
RIDVAN AKÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN TAHA ŞEN
- Çizgisel ısı kaynaklı yüzeyde doğal ısı taşınımı
Natural convection for a line source on an adiabatic surface
MUZAFFER AYDIN
- Hemodynamic characterization of heart and venous valves based on multi-phase blood flow and FSI modelling
Çok fazlı kan akışı ve FSI modellemesine dayalı kalp ve venöz kapakçıkların hemodinamik karakterizasyonu
REZA DARYANI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Design, modelling and analysis of a novel implantable bone conduction hearing aid with a piezoelectric actuator
Özgün bir piezoelektrik eyleyicili kemik iletimli implant işitme cihazının tasarım, modelleme ve analizi
ANIL KOYUNCU
Doktora
İngilizce
2022
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN NEVZAT ÖZGÜVEN
DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- A fast 3d flow field prediction around bluff bodies using deep learning
Derin öğrenme kullanılarak küt cisimler etrafındaki 3 boyutlu akış alanının tahmini
FARHAD NEMATI TAHER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDUSSAMET SUBAŞI