Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες
Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την υπολογιστική ανάλυση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με μορφοποίηση στην άνω επιφάνεια της. Συγκεκριμένα, διερευνάται η επίδραση που επιφέρει ένα πλέγμα κοιλοτήτων ή εξογκωμάτων στην πτέρυγα πάνω στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της υπό συγκεκριμένες γεωμετρικέ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23487 |
| id |
nemertes-10889-23487 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Έλεγχος ροής Υπολογιστική αεροδυναμική ανάλυση Μορφοποίηση επιφάνειας με πλέγμα κοιλοτήτων Flow control Computational aerodynamic analysis ANSYS-Fluent NACA0018 Surface morphing with a grid of dimples |
| spellingShingle |
Έλεγχος ροής Υπολογιστική αεροδυναμική ανάλυση Μορφοποίηση επιφάνειας με πλέγμα κοιλοτήτων Flow control Computational aerodynamic analysis ANSYS-Fluent NACA0018 Surface morphing with a grid of dimples Μυριδάκης, Σταύρος-Σπυρίδων Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την υπολογιστική ανάλυση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με μορφοποίηση στην άνω επιφάνεια της. Συγκεκριμένα, διερευνάται η επίδραση που επιφέρει ένα πλέγμα κοιλοτήτων ή εξογκωμάτων στην πτέρυγα πάνω στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της υπό συγκεκριμένες γεωμετρικές, περιβαλλοντικές και χρονικές συνθήκες. Ο πρωταρχικός στόχος του μηχανισμού είναι ο μετριασμός των ροϊκών απωλειών, οι οποίες προέρχονται από την αποκόλληση του οριακού στρώματος της ροής μετά από μια γωνία προσβολής. Μειώνοντας την οπισθέλκουσα (ροϊκές απώλειες) αναμένεται και η βελτίωση των εξαρτωμένων από αυτήν αεροδυναμικών χαρακτηριστικών της πτέρυγας (όπως η αεροδυναμική απόδοση, η γωνία απώλειας στήριξης, κ.λπ.). Πολλές μεθοδολογίες και μηχανισμοί αναπτύχθηκαν για την μείωση της οπισθέλκουσας στην πτέρυγα. Η μέθοδος με τις περισσότερες προοπτικές αναδείχτηκε ο «έλεγχος ροής», μέσω της οποίας, με την βοήθεια ενεργών ή παθητικών μηχανισμών (όπως προσροή ή αναρρόφηση της ροής, τεχνίτη παραμόρφωση της επιφάνεια κ.λπ.), πραγματοποιείται ο «έλεγχος» του οριακού στρώματος της ροής είτε απαλείφοντας εντελώς την αποκόλληση του, είτε μετακινώντας το σημείο αποκόλλησης του κατάντι κατά μήκος της επιφάνειας. Ο σχεδιασμός του υπό μελέτη μηχανισμού βασίζεται επάνω σε αυτήν την μέθοδο. Οι κοιλότητες ή τα εξογκώματα του πλέγματος αποτελούν την «τεχνίτη παραμόρφωση» της τυποποιημένης γεωμετρίας της πτέρυγας NACA0018 και επηρεάζουν το οριακό στρώμα της ροής και κατ’ επέκταση τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της πτέρυγας. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους επιλέχθηκαν μέσω του κριτήριου «Γεωμετρία-Βέλτιστων αποτελεσμάτων των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών» από σχετικές βιβλιογραφικές αναφορές ομολόγων ερευνών. Στην έργασία γίνεται αναφορά στην κατασκευή και διαμόρφωση του πλέγματος κοιλοτήτων στην πτέρυγα, δηλαδή την τοπολογία, διάταξη, τον αριθμό των κοιλοτήτων στην άνω επιφάνεια της πτέρυγας, και στην επιλογή της πτέρυγας, που βασίστηκαν στην προγενέστερη διπλωματική εργασίας επί του θέματος. Η εκτίμηση της επίδρασης του μηχανισμού στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της πτέρυγας, πραγματοποιείται με την βοήθεια της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό πρόγραμμα ANSYS-Fluent δίνεται η δυνατότητα κατάστρωσης ενός ευέλικτου μοντέλου προσομοίωσης της πτέρυγας με ή χωρίς τον μηχανισμό σε ένα εύρος τιμών γωνιών προσβολής. Παρουσιάζονται τα απαραίτητα βήματα, συνθήκες, θεωρίες και μέθοδοι για το μοντέλο υπολογιστικής αεροδυναμικής ανάλυσης, που εφαρμόζεται στην πτέρυγα με ή χωρίς τον μηχανισμό υπό τις εκάστοτε συνθήκες (όπως για παράδειγμα σταθερά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των κοιλοτήτων/εξογκωμάτων, σταθερή κατάσταση της ροής στο χρόνο, οριακές συνθήκες, μέθοδος ανάλυση ροής κ.λπ.). Στην συνέχεια των προσομοιώσεων, εξάγονται και παρουσιάζονται τα αριθμητικά αποτελέσματα κάποιων αεροδυναμικών χαρακτηριστικών της πτέρυγας καθώς και τα διαγράμματα τους με βάση την γωνία προσβολής. Εν τέλη, έχοντας αξιολογήσει και συγκρίνει μεταξύ τους τα αποτελέσματα της εκάστοτε περίπτωσης, συμπεραίνεται ότι η βέλτιστη μορφοποίηση της επιφάνειας της πτέρυγας υπό των συγκεκριμενών συνθήκων είναι το πλέγμα με τα εξογκώματα. Παρότι τα εξογκώματα και οι κοιλότητες επιτυγχάνουν την αύξηση της γωνίας απώλειας στήριξης της πτέρυγας, τα εξογκώματα προσφέρουν γενικότερα καλύτερη αεροδυναμική απόδοση για το υπό μελέτη φάσμα συνθηκών. |
| author2 |
Myridakis, Stavros-Spyridon |
| author_facet |
Myridakis, Stavros-Spyridon Μυριδάκης, Σταύρος-Σπυρίδων |
| author |
Μυριδάκης, Σταύρος-Σπυρίδων |
| author_sort |
Μυριδάκης, Σταύρος-Σπυρίδων |
| title |
Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| title_short |
Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| title_full |
Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| title_fullStr |
Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| title_sort |
υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23487 |
| work_keys_str_mv |
AT myridakēsstaurosspyridōn ypologistikēdiereunēsēelenchouroēssepterygameenergeskoilotētes AT myridakēsstaurosspyridōn numericalinvestigationofflowcontroloverawingwithactivedimples |
| _version_ |
1771297317844942848 |
| spelling |
nemertes-10889-234872022-10-24T06:32:45Z Υπολογιστική διερεύνηση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με ενεργές κοιλότητες Numerical investigation of flow control over a wing with active dimples Μυριδάκης, Σταύρος-Σπυρίδων Myridakis, Stavros-Spyridon Έλεγχος ροής Υπολογιστική αεροδυναμική ανάλυση Μορφοποίηση επιφάνειας με πλέγμα κοιλοτήτων Flow control Computational aerodynamic analysis ANSYS-Fluent NACA0018 Surface morphing with a grid of dimples Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την υπολογιστική ανάλυση ελέγχου ροής σε πτέρυγα με μορφοποίηση στην άνω επιφάνεια της. Συγκεκριμένα, διερευνάται η επίδραση που επιφέρει ένα πλέγμα κοιλοτήτων ή εξογκωμάτων στην πτέρυγα πάνω στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της υπό συγκεκριμένες γεωμετρικές, περιβαλλοντικές και χρονικές συνθήκες. Ο πρωταρχικός στόχος του μηχανισμού είναι ο μετριασμός των ροϊκών απωλειών, οι οποίες προέρχονται από την αποκόλληση του οριακού στρώματος της ροής μετά από μια γωνία προσβολής. Μειώνοντας την οπισθέλκουσα (ροϊκές απώλειες) αναμένεται και η βελτίωση των εξαρτωμένων από αυτήν αεροδυναμικών χαρακτηριστικών της πτέρυγας (όπως η αεροδυναμική απόδοση, η γωνία απώλειας στήριξης, κ.λπ.). Πολλές μεθοδολογίες και μηχανισμοί αναπτύχθηκαν για την μείωση της οπισθέλκουσας στην πτέρυγα. Η μέθοδος με τις περισσότερες προοπτικές αναδείχτηκε ο «έλεγχος ροής», μέσω της οποίας, με την βοήθεια ενεργών ή παθητικών μηχανισμών (όπως προσροή ή αναρρόφηση της ροής, τεχνίτη παραμόρφωση της επιφάνεια κ.λπ.), πραγματοποιείται ο «έλεγχος» του οριακού στρώματος της ροής είτε απαλείφοντας εντελώς την αποκόλληση του, είτε μετακινώντας το σημείο αποκόλλησης του κατάντι κατά μήκος της επιφάνειας. Ο σχεδιασμός του υπό μελέτη μηχανισμού βασίζεται επάνω σε αυτήν την μέθοδο. Οι κοιλότητες ή τα εξογκώματα του πλέγματος αποτελούν την «τεχνίτη παραμόρφωση» της τυποποιημένης γεωμετρίας της πτέρυγας NACA0018 και επηρεάζουν το οριακό στρώμα της ροής και κατ’ επέκταση τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της πτέρυγας. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους επιλέχθηκαν μέσω του κριτήριου «Γεωμετρία-Βέλτιστων αποτελεσμάτων των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών» από σχετικές βιβλιογραφικές αναφορές ομολόγων ερευνών. Στην έργασία γίνεται αναφορά στην κατασκευή και διαμόρφωση του πλέγματος κοιλοτήτων στην πτέρυγα, δηλαδή την τοπολογία, διάταξη, τον αριθμό των κοιλοτήτων στην άνω επιφάνεια της πτέρυγας, και στην επιλογή της πτέρυγας, που βασίστηκαν στην προγενέστερη διπλωματική εργασίας επί του θέματος. Η εκτίμηση της επίδρασης του μηχανισμού στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της πτέρυγας, πραγματοποιείται με την βοήθεια της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό πρόγραμμα ANSYS-Fluent δίνεται η δυνατότητα κατάστρωσης ενός ευέλικτου μοντέλου προσομοίωσης της πτέρυγας με ή χωρίς τον μηχανισμό σε ένα εύρος τιμών γωνιών προσβολής. Παρουσιάζονται τα απαραίτητα βήματα, συνθήκες, θεωρίες και μέθοδοι για το μοντέλο υπολογιστικής αεροδυναμικής ανάλυσης, που εφαρμόζεται στην πτέρυγα με ή χωρίς τον μηχανισμό υπό τις εκάστοτε συνθήκες (όπως για παράδειγμα σταθερά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των κοιλοτήτων/εξογκωμάτων, σταθερή κατάσταση της ροής στο χρόνο, οριακές συνθήκες, μέθοδος ανάλυση ροής κ.λπ.). Στην συνέχεια των προσομοιώσεων, εξάγονται και παρουσιάζονται τα αριθμητικά αποτελέσματα κάποιων αεροδυναμικών χαρακτηριστικών της πτέρυγας καθώς και τα διαγράμματα τους με βάση την γωνία προσβολής. Εν τέλη, έχοντας αξιολογήσει και συγκρίνει μεταξύ τους τα αποτελέσματα της εκάστοτε περίπτωσης, συμπεραίνεται ότι η βέλτιστη μορφοποίηση της επιφάνειας της πτέρυγας υπό των συγκεκριμενών συνθήκων είναι το πλέγμα με τα εξογκώματα. Παρότι τα εξογκώματα και οι κοιλότητες επιτυγχάνουν την αύξηση της γωνίας απώλειας στήριξης της πτέρυγας, τα εξογκώματα προσφέρουν γενικότερα καλύτερη αεροδυναμική απόδοση για το υπό μελέτη φάσμα συνθηκών. This diploma thesis is a computational analysis of flow control over a wing with shaping options of its upper surface. Specifically, it investigates how a grid of dimples or bumps on the upper surface of a wing affects the wing’s aerodynamic characteristics under specific conditions. The primary objective is to mitigate the severe losses in flow when the boundary layer separates after a certain angle of attack. Because of the drag reduction, an improvement of the wing's aerodynamic characteristics (e.g., aerodynamic efficiency, stalling angle) is expected. Many methods and mechanisms were developed to reduce drag on the wing. The most promising method is "flow control", where the separation of the flow's boundary layer is either eliminated, or the separation point is moved downstream along the wing's surface due to the use of active or passive mechanisms (e.g., advection or suction of the flow, artificial deformation of the surface). The design of this study’s mechanism uses the “flow control” method. The array of dimples or bumps is generated on the standard NACA0018 wing geometry, and affects the flow’s boundary layer and subsequently the wing’s aerodynamic characteristics. The dimples’ and bumps’ geometrical characteristics are chosen for “geometry-optimal” results based on related previous research. This study also outlines the construction and configuration of the array of dimples or bumps on the wing, i.e., the topology, arrangement, the number of cavities on the wing’s upper surface, and the selection of the wing, as developed in a previous thesis on the topic. The mechanism’s effect on the wing’s aerodynamic characteristics is assessed with the computational fluid dynamics method using the ANSYS-Fluent computer program. A flexible simulation model of the wing with/without the mechanism in a range of angles of attack is used. The steps, conditions, theories, and methods used in this computational aerodynamic model are presented (e.g., fixed geometrical characteristics of the dimples/bumps, steady state of the flow over time, boundary conditions, flow analysis method). The model’s results and corresponding diagrams are also listed. The conclusion of analysis is that the most optimal wing shape under these specific conditions is the geometry with the bumps. They offer overall better aerodynamic performance for the analyzed range of angles of attack, although both dimples and bumps showed an increase of the stalling angle. 2022-10-21T06:41:36Z 2022-10-21T06:41:36Z 2022-10-19 https://hdl.handle.net/10889/23487 el CC0 1.0 Universal http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ application/pdf |
