Noise minimal & green trajectory and flight profile optimization for helicopters
Helikopterler için gürültü minimal & yeşil yörünge ve uçuş profili eniyilemesi
- Tez No: 636210
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKER KUTAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dönerkanatlı hava araçlarının toplum üzerindeki gürültü rahatsızlığı, karmaşık, üçboyutlu ve akuple döner kanat aerodinamiği, aeroakustiği ve uçuş dinamiğininin akuple çözümünü gerektirdiğinden, ilgi uyandırıcı bir alan olarak devam etmektedir. Gürültü rahatsızlığını azaltmanın temelde iki yolu olduğu kabul edilebilir. Bunlardan biri daha sofistike, en iyileştirilmiş yeni döner kanat tasarımları, diğeri ise, uçuş esnasında yerleşim yerleri, hastaneler, yoğun nüfüslü yerler gibi gürültüye hassas yerlerden, aeroakustiğin yönelim karakteristiğinden faydalanarak uçuş profili en iyilemesi üzerinden gürültü kaçınımı ile rahatsızlığın azaltılması olarak gösterilebilir. Bu çalışma ikinci yaklaşım üzerine eğilmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmanın temel amacı, uçuş yörüngesi/profili en iyilemesi ve takibinin sağlanması, gürültü kaçınımı ve/veya azaltımı sağlanırken, yakıt tüketimi, performans, güvenlik, komfor ve görev isterleri gibi diğer konular arasında denge sağlanmasıdır. Düşük gürültülü ve yakıt tüketimli en iyilenmiş bu uçuş profillerine“yeşil”yörünge adı verilmiştir. Bu amaçla öncelikle rotor ve pervanelere özelleşmiş Lagrangian hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü geliştirilmiş, döner kanat uçuş dinamiği modeli ve aeroakustik çözücü ile akuple edilmiştir. Bu sayede, yüksek gerçeklikte, doğrulukta ve çözünürlükte, döner kanat tümleşik matematik modelleme ortamı geliştirilmiştir. Geliştirilen tümleşik model, literatürde bulunan rüzgar tüneli ve rotor kulesi test verileri ile, akış görselleştirme testleri ile ve ticari kıstas yazılımlar ile kıyaslanmış ve doğrulanmıştır. Geliştirilen tümleşik model multi-copter, tiltroto, eşeksenli vb dahil herhangi bir döner kanatlı hava aracı için modelleme, serbest uçuş denge analizlerini yapabilmekte, daimi ve daimi olmayan art akış, pal-girdap, rotorart akış ve rotor-rotor etkileşimlerini yüksek çözünürlük ve doğrulukta hesaba katabilmektedir. Çalışmanın devamında, tümleşik model, gerçek zamanlı çalışma kabiliyetine sahip bir simulasyon modeline dönüştürülmüş, optimal kontrol tabanlı, model tahminli kontrol yaklaşımı ile simultane olarak hem yörünge & uçuş profili eniyilemesi hem de bunun takibi için gerekli kontrol girdilerini çözen bir sistem oluşturulmuştur. Multi-disipliner eniyiyleme hedef fonksiyonu, akustik, perfomans, yakıt tüketimi, güvenlik, konfor ve görev gereksinimlerinden beslenmekte,“yeşil”yörünge ve uçuş profili en iyilemesi ile hava aracı yerde gürültü etkisinin istenilen yerlerde azaltımını sağlamaktadır. Geliştirilen çatı modelin kabiliyetleri çeşitli analizler ile test edilmiş, aerodinamik modelleme, aeroakustik analiz ve yörünge & uçuş profili en iyileme performansı değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma ile önerilen yöntemin konsept doğrulaması yapılmış, aynı görevin icra edilmesine karşın, istenilen yerlerde daha düşük gürültü etkisi ve toplamda daha düşük yakıt tüketimi sağlanabilmiştir. Geliştirilen bu yaklaşım, en iyilenmiş uçuş rotaları belirlenmesinde, günümüzde tüm döner kanatlı hava araçları için jenerik ve en kötü duruma göre oluşturulan uçuş rotalarının hava aracı spesifik güncellenmesinde kullanılabilir. Özellikle de kullanıma alındığında çoğunlukle yerleşim yerleri etrafında kullanılacak, hızla yükselen e-VTOL platformları için uçuş rotası ve hava trafiği planlamasına katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir.
Özet (Çeviri)
The main aim of this study is to provide a multi-disciplinary optimization and track environment to generate acoustic optimal trajectories through waypoints that ensures the rotorcraft of interest can follow at practical effort, safety, fuel consumption and speed. Rotorcraft noise annoyance remains as a challenge to solve complex, three dimensional and coupled rotary wing aerodynamics, aeroacoustics and flight dynamics interactively. Two essential paths can be acknowledged in order to reduce annoyance. One is the more sophisticated option, optimized new rotorcraft design, whereas the other option is to benefit from the directivity characteristic of sound and perform trajectory optimization to minimize noise impact at noise sensitive premises. This study focuses on the second yet with consideration of the potential trade-offs between low noise signature and other performance parameters. Eventually, the main aim of this study is to develop a trajectory optimization and track framework for rotorcrafts providing minimal noise, low emission i.e. lower fuel consumption, safe and trackable, in other words“green”flight profiles. In this scope, a Lagrangian CFD solver specialized for rotor/propellers is developed, coupled with rotorcraft mathematical model and an aeroacoustics solver to build a high fidelity, accuracy and resolution rotorcraft comprehensive modeling environment. The developed methodology is validated with wind tunnel, whirl tower test data, PIV results and benchmark commercial tools. The developed comprehensive tool provides free flight trim, high fidelity modeling and analysis capability for conventional and unconventional rotorcraft configurations with unsteady wake dynamics covering blade-vortex, rotor-wake and rotor-rotor interactions. Further in the study, the comprehensive model is extended into a real-time computable simulation model. Then a model predictive control -an optimal control- approach is developed to simultaneously optimize the trajectory and control input to track the generated trajectory. The multi-disciplinary objective function including acoustics, performance, fuel, safety, comfort and mission concerns provides the so called“green”trajectory with reduced noise impact at desired locations. Various simulations were performed to further test the aerodynamic modeling, aeroacoustics analysis and trajectory optimization capabilities of the developed framework. It is concluded that the proof of concept, i.e. the potential of reduced noise impact and fuel consumption over the same mission through trajectory optimization, is achieved. Developed methodology can be utilized to generate optimal flight routes and procedures specific to rotorcraft configuration, which are currently rather generic for all types of rotorcrafts, especially for booming e-VTOL platforms that will mostly operate over urban areas or for re-planning of legacy flight routes
Benzer Tezler
- Meniere hastalığında endolenfatik kese cerrahisi
Endolymphatic sac surgery in meniere's disease
NEBİL GÖKSU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kulak Burun ve BoğazGazi ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NECMETTİN AKYILDIZ
- Eksternal etmoidektomiler
Başlık çevirisi yok
ERCÜMENT AKMAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kulak Burun ve BoğazGazi ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NECMETTİN AKYILDIZ
- Sivas ili C.Ü. hastanesinde yatmakta olan hastaların servislerine kabul edilişlerindeki uygulamalarla bu uygulamalara ilişkin duygu ve beklentilerinin saptanması
Determination of the formalities in admitting the patients hospitalized at the Cumhuriyet University of Sivas to the services and their feelings and expeetations relating to these formalities
FADİME KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
HastanelerCumhuriyet ÜniversitesiHemşirelik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELİHA ATALAY
- Ülkemizdeki çeşitli büyüklükteki yerleşim merkezlerinde uygulanabilecek kültür yapısı planlama modeli
The Planning model of the cultural building which applicable at different size of settlement center
MUSTAFA İNCESAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Şehircilik ve Bölge PlanlamaGazi ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUR ERKMEN
- Endüstri işletmelerinde fiziksel çalışma şartlarının iyileştirilmesinin verimlilik üzerindeki etkisi
Effect of better physical working conditions on productivity in industrial organizations
A.GÜL YÜRÜKOĞLU