Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας
Η αύξηση της εμβέλειας των αεροπλάνων και η μείωση του κόστους των καυσίμων είναι απαραίτητες στον τομέα της αεροναυπηγικής. Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, αυτό μπορεί να επιτευχθεί με ειδικές διατάξεις στις άκρες των πτερύγων, τα λεγόμενα winglet, αφού καταφέρνουν και μειώνουν την επαγόμενη αντ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15307 |
| id |
nemertes-10889-15307 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Πτερύγια αεροπλάνων Πυρκαγιές Πτήση μέσω καπνού Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS fluent Poly-Hexcore SST k-ω CATIA V5 Unmanned aerial vehicle (UAV) Winglet Eppler 420 |
| spellingShingle |
Πτερύγια αεροπλάνων Πυρκαγιές Πτήση μέσω καπνού Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS fluent Poly-Hexcore SST k-ω CATIA V5 Unmanned aerial vehicle (UAV) Winglet Eppler 420 Αχείμαστος, Σπυρίδων Γιαροσλάβ Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| description |
Η αύξηση της εμβέλειας των αεροπλάνων και η μείωση του κόστους των καυσίμων είναι απαραίτητες στον τομέα της αεροναυπηγικής. Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, αυτό μπορεί να επιτευχθεί με ειδικές διατάξεις στις άκρες των πτερύγων, τα λεγόμενα winglet, αφού καταφέρνουν και μειώνουν την επαγόμενη αντίσταση. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η εύρεση του βέλτιστου winglet για την πτέρυγα του UAV ethERAs και η μελέτη του εάν η πτήση πάνω από πυρκαγιά επηρεάζει την αεροδυναμική επίδοση. Ως βέλτιστη, ορίζεται αυτή που θα έχει την μεγαλύτερη αεροδυναμική απόδοση ή λόγο άντωσης προς αντίσταση. Τα προγράμματα CATIA V5 και Spaceclaim χρησιμοποιήθηκαν για τον παραμετρικό σχεδιασμό των winglet, ενώ η μέθοδος Poly-Hexcore της τεχνολογίας ANSYS Mosaic Meshing χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του υπολογιστικού πλέγματος. Οι CFD προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το μοντέλο τύρβης SST k-ω και το πρόγραμμα ANSYS Fluent. Η πτήση μέσω καπνού προσομοιώθηκε ως διφασική ροή αέρα και σωματιδίων ανθρακίτη, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Euler-Lagrange και το μοντέλο DPM. Για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με τη χρήση αεροσήραγγας και ενός υπό κλίμακα 3D printed μοντέλου της πτέρυγας με το βέλτιστο winglet. Για λόγους ασφαλείας, η διφασική προσομοιώθηκε ως ροή αέρα-σωματιδίων άμμου. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως τέσσερα από τα πέντε winglet που σχεδιάστηκαν, έχουν θετική επίδραση στην αεροδυναμική απόδοση της πτέρυγας, καθώς καταφέρνουν και μειώνουν το μέγεθος της δίνης ακροπτερυγίου. Το λεγόμενο “Blended” winglet προσφέρει την υψηλότερη απόδοση, η οποία είναι 8.92% υψηλότερη από την πτέρυγα “Simple” χωρίς πτερύγιο, για τις συνήθεις συνθήκες πτήσης (20 m/s, 0°). Αποδίδει επίσης καλύτερα από το “Simple”, για κάθε ταχύτητα και γωνία προσβολής που μελετήθηκε. Οι CFD προσομοιώσεις είναι σύμφωνες με τα πειραματικά αποτελέσματα, παρά κάποιες μικρές αποκλίσεις, και η διφασική ροή φαίνεται να μειώνει την αεροδυναμική απόδοση. Συμπεραίνουμε πως οι CFD προσομοιώσεις είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την εξαγωγή ταχύτερων και φθηνότερων συμπερασμάτων, η πτήση πάνω από δασικές πυρκαγιές μειώνει την αεροδυναμική απόδοση και το “Blended” winglet είναι η βέλτιστη επιλογή για το UAV ethERAs. |
| author2 |
Acheimastos, Spyridon Giaroslav |
| author_facet |
Acheimastos, Spyridon Giaroslav Αχείμαστος, Σπυρίδων Γιαροσλάβ |
| author |
Αχείμαστος, Σπυρίδων Γιαροσλάβ |
| author_sort |
Αχείμαστος, Σπυρίδων Γιαροσλάβ |
| title |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_short |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_full |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_fullStr |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_sort |
υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15307 |
| work_keys_str_mv |
AT acheimastosspyridōngiaroslab ypologistikēaerodynamikēmeletēkaibeltistopoiēsēparametrikaschediasmenōnwingletsgiaenapollaplouroloumēepandrōmenoaerochēmasemonophasikēkaipolyphasikēroēkaisynkrisēmepeiramatikaapotelesmataaerosērangas AT acheimastosspyridōngiaroslab computationalaerodynamicstudyandoptimizationofparametricallydesignedwingletsforamultiroleunmannedaerialvehicleinsingleandmultiphaseflowandcomparisonwithexperimentalwindtunnelresults |
| _version_ |
1771297234870075392 |
| spelling |
nemertes-10889-153072022-09-05T14:10:07Z Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη και βελτιστοποίηση παραμετρικά σχεδιασμένων winglets για ένα πολλαπλού ρόλου μη επανδρωμένο αερόχημα, σε μονοφασική και πολυφασική ροή και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας Computational aerodynamic study and optimization of parametrically designed winglets for a multirole unmanned aerial vehicle, in single and multiphase flow and comparison with experimental wind tunnel results Αχείμαστος, Σπυρίδων Γιαροσλάβ Acheimastos, Spyridon Giaroslav Πτερύγια αεροπλάνων Πυρκαγιές Πτήση μέσω καπνού Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS fluent Poly-Hexcore SST k-ω CATIA V5 Unmanned aerial vehicle (UAV) Winglet Eppler 420 Η αύξηση της εμβέλειας των αεροπλάνων και η μείωση του κόστους των καυσίμων είναι απαραίτητες στον τομέα της αεροναυπηγικής. Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, αυτό μπορεί να επιτευχθεί με ειδικές διατάξεις στις άκρες των πτερύγων, τα λεγόμενα winglet, αφού καταφέρνουν και μειώνουν την επαγόμενη αντίσταση. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η εύρεση του βέλτιστου winglet για την πτέρυγα του UAV ethERAs και η μελέτη του εάν η πτήση πάνω από πυρκαγιά επηρεάζει την αεροδυναμική επίδοση. Ως βέλτιστη, ορίζεται αυτή που θα έχει την μεγαλύτερη αεροδυναμική απόδοση ή λόγο άντωσης προς αντίσταση. Τα προγράμματα CATIA V5 και Spaceclaim χρησιμοποιήθηκαν για τον παραμετρικό σχεδιασμό των winglet, ενώ η μέθοδος Poly-Hexcore της τεχνολογίας ANSYS Mosaic Meshing χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του υπολογιστικού πλέγματος. Οι CFD προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το μοντέλο τύρβης SST k-ω και το πρόγραμμα ANSYS Fluent. Η πτήση μέσω καπνού προσομοιώθηκε ως διφασική ροή αέρα και σωματιδίων ανθρακίτη, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Euler-Lagrange και το μοντέλο DPM. Για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με τη χρήση αεροσήραγγας και ενός υπό κλίμακα 3D printed μοντέλου της πτέρυγας με το βέλτιστο winglet. Για λόγους ασφαλείας, η διφασική προσομοιώθηκε ως ροή αέρα-σωματιδίων άμμου. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως τέσσερα από τα πέντε winglet που σχεδιάστηκαν, έχουν θετική επίδραση στην αεροδυναμική απόδοση της πτέρυγας, καθώς καταφέρνουν και μειώνουν το μέγεθος της δίνης ακροπτερυγίου. Το λεγόμενο “Blended” winglet προσφέρει την υψηλότερη απόδοση, η οποία είναι 8.92% υψηλότερη από την πτέρυγα “Simple” χωρίς πτερύγιο, για τις συνήθεις συνθήκες πτήσης (20 m/s, 0°). Αποδίδει επίσης καλύτερα από το “Simple”, για κάθε ταχύτητα και γωνία προσβολής που μελετήθηκε. Οι CFD προσομοιώσεις είναι σύμφωνες με τα πειραματικά αποτελέσματα, παρά κάποιες μικρές αποκλίσεις, και η διφασική ροή φαίνεται να μειώνει την αεροδυναμική απόδοση. Συμπεραίνουμε πως οι CFD προσομοιώσεις είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την εξαγωγή ταχύτερων και φθηνότερων συμπερασμάτων, η πτήση πάνω από δασικές πυρκαγιές μειώνει την αεροδυναμική απόδοση και το “Blended” winglet είναι η βέλτιστη επιλογή για το UAV ethERAs. Increasing the range of aircraft and reducing fuel costs are essential in the aeronautics sector. According to the international literature, this can be achieved with special devices at the ends of the wings, the so-called winglets, since they manage to reduce the induced drag. Aim of the present research is to find the optimal winglet for the wing of the UAV ethERAs, and to study if the flight over wildfire affects the aerodynamic performance. Optimal is defined as the one with the highest aerodynamic efficiency or lift-to-drag ratio. The programs CATIA V5 and Spaceclaim were used for the parametric design of the winglets, while the Poly-Hexcore method of the ANSYS Mosaic Meshing technology was used for the construction of the computational mesh. The CFD simulations were performed using the turbulence model SST k-ω and the program ANSYS Fluent. The flight through smoke was simulated as a two-phase flow of air and anthracite particles, using the Euler-Lagrange method and the DPM model. For the validation of the results, experiments were conducted using a wind tunnel and a 3D printed scale model of the wing with the optimal winglet. For safety reasons, the two-phase flow was simulated as an air-sand particle flow. The results show that four of the five winglets that were designed, have a positive effect on the aerodynamic efficiency of the wing, as they manage to reduce the size of the wingtip vortex. The so-called “Blended'” winglet offers the highest efficiency, which is 8.92% higher than that of the “Simple” wing without a winglet, for the usual flying conditions (20 m/s, 0°). It also performs better than “Simple”, for every velocity and angle of attack that was studied. The CFD simulations are in accordance with the experimental results, despite some slight deviations, and the two-phase flow seems to reduce the aerodynamic efficiency. We conclude that CFD simulations are a powerful tool to draw faster and cheaper conclusions, the flight over wildfires reduces the aerodynamic efficiency, and the “Blended” winglet is the optimal choice for the UAV ethERAs. 2021-10-13T05:04:02Z 2021-10-13T05:04:02Z 2021-10-20 http://hdl.handle.net/10889/15307 gr application/pdf |
