Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας
Στην αεροναυπηγική βιομηχανία, η αύξηση εμβέλειας ενός αεροσκάφους και ο περιορισμός κατανάλωσης καυσίμων αποτελούν μείζονα θέματα προς επίλυση. Αξιοποιώντας την διεθνή βιβλιογραφία και θεμελιώδη ρευστομηχανικά φαινόμενα, πραγματοποιήθηκε μια προσπάθεια βελτίωσης των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών μι...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24585 |
| id |
nemertes-10889-24585 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Πτερύγια αεροσκάφους Πυρκαγιές Πτήση εν μέσω καπνού Διφασική ροή Dimples, bumps Poly-hexcore Eppler 420 CFD analysis Unmanned aerial vehicles (UAV) Two-phase flow |
| spellingShingle |
Πτερύγια αεροσκάφους Πυρκαγιές Πτήση εν μέσω καπνού Διφασική ροή Dimples, bumps Poly-hexcore Eppler 420 CFD analysis Unmanned aerial vehicles (UAV) Two-phase flow Μπουρδούση, Παναγιώτα Βασιλική Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| description |
Στην αεροναυπηγική βιομηχανία, η αύξηση εμβέλειας ενός αεροσκάφους και ο περιορισμός κατανάλωσης καυσίμων αποτελούν μείζονα θέματα προς επίλυση. Αξιοποιώντας την διεθνή βιβλιογραφία και θεμελιώδη ρευστομηχανικά φαινόμενα, πραγματοποιήθηκε μια προσπάθεια βελτίωσης των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών μιας ήδη υπάρχουσας πτέρυγας αεροσκάφους, μέσω επιφανειακής τροποποίησης της suction πλευράς της. Συγκεκριμένα, στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αύξηση της αεροδυναμικής απόδοσης της πτέρυγας, μέσω της προσθήκης εξογκωμάτων ή μέσω του ανοίγματος εσοχών σε δύο διαφορετικά μεγέθη και τοποθετημένα σε συγκεκριμένες θέσεις πάνω στην επιφάνεια της πτέρυγας. Ερμηνεύοντας τα αποτελέσματα CFD προσομοιώσεων, εξάγουμε συμπέρασμα για το αν η ιδέα αυτή έχει αποβεί αποτελεσματική. Ο σχεδιασμός των γεωμετριών έγινε με χρήση του CATIA V5 και του Spaceclaim ενώ η μέθοδος κατασκευής πλέγματος επιλέχθηκε να είναι η Poly-Hexcore της τεχνολογίας Ansys Mosaic Meshing. Οι CFD προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν επιλέγοντας RANS μοντέλο τύρβης και συγκεκριμένα το k-ω SST, για ταχύτητα προσγείωσης 7 m/s. Για την προσομοίωση συνθηκών πυρκαγιάς επιλέχθηκε διφασική ροή αέρα-σωματιδίων ανθρακίτη, χρησιμοποιώντας το μοντέλο DPM και προσέγγιση Euler-Lagrange. Για την επιβεβαίωση ορθότητας των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε πείραμα στην αεροσήραγγα του εργαστηρίου για τρία αντιπροσωπευτικά για κάθε τροποποίηση, υπό κλίμακα, μοντέλα, που κατασκευάστηκαν μέσω 3D εκτύπωσης. Για λόγους ασφαλείας η διφασική ροή στο πείραμα προσομοιώθηκε ως ροή αέρα-σωματιδίων άμμου. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα δείχνουν πως η προσθήκη εξογκωμάτων στην επιφάνεια έχει αρνητική επίδραση στην αεροδυναμική συμπεριφορά της αρχικής πτέρυγας, ενώ οι πτέρυγες με εσοχές παρουσιάζουν πιο αισιόδοξα νούμερα. Η πτέρυγα με εξογκώματα διαμέτρου 5 χιλιοστών στο 40% της χορδής παρουσίασε την πιο έντονα αρνητική συμπεριφορά ενώ στην περίπτωση των εσοχών, αυτή με 2,5 χιλιοστά διάμετρο, στο 40% της χορδής είχε την μεγαλύτερη βελτίωση στην αεροδυναμική απόδοση. Η πορεία των σωματιδίων ανθρακίτη δείχνει να μην επηρεάζεται από την ύπαρξη επιφανειακής ανωμαλίας, αλλά επηρεάζεται από την αύξηση γωνίας προσβολής. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα είναι σχετικά κοντά με τα πειραματικά, με κάποιες αποκλίσεις λόγω των συνθηκών πειράματος και της διάταξης της διφασικής ροής. Καταλήγουμε στο ότι οι CFD προσομοιώσεις αποτελούν ισχυρό εργαλείο στα χέρια του μηχανολόγου μηχανικού, καθώς δίνεται η δυνατότητα προκαταρκτικής μελέτης και οπτικοποίησης συνθηκών, όπως μια πυρκαγιά, που είναι αδύνατο να μελετηθούν επί του πρακτέος. |
| author2 |
Bourdousi, Panagiota Vasiliki |
| author_facet |
Bourdousi, Panagiota Vasiliki Μπουρδούση, Παναγιώτα Βασιλική |
| author |
Μπουρδούση, Παναγιώτα Βασιλική |
| author_sort |
Μπουρδούση, Παναγιώτα Βασιλική |
| title |
Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_short |
Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_full |
Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_fullStr |
Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| title_sort |
υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24585 |
| work_keys_str_mv |
AT mpourdousēpanagiōtabasilikē ypologistikēmeletēepidrasēskoilōmatōnkaiexonkōmatōnsepterygamēepandrōmenouaerochēmatossediphasikēroēbeltistopoiēsēdiamorphōsēskaisynkrisēmepeiramatikaapotelesmataaerosērangas AT mpourdousēpanagiōtabasilikē computationalstudyoftheeffectofdimplesandbumpsonanunmannedaerialvehiclewingintwophaseflowconfigurationoptimizationandcomparisonwithexperimentalwindtunnelresults |
| _version_ |
1771297140380794880 |
| spelling |
nemertes-10889-245852023-03-01T04:34:49Z Υπολογιστική μελέτη επίδρασης κοιλωμάτων και εξογκωμάτων σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος σε διφασική ροή, βελτιστοποίηση διαμόρφωσης και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα αεροσήραγγας Computational study of the effect of dimples and bumps on an unmanned aerial vehicle wing in two-phase flow, configuration optimization and comparison with experimental wind tunnel results Μπουρδούση, Παναγιώτα Βασιλική Bourdousi, Panagiota Vasiliki Πτερύγια αεροσκάφους Πυρκαγιές Πτήση εν μέσω καπνού Διφασική ροή Dimples, bumps Poly-hexcore Eppler 420 CFD analysis Unmanned aerial vehicles (UAV) Two-phase flow Στην αεροναυπηγική βιομηχανία, η αύξηση εμβέλειας ενός αεροσκάφους και ο περιορισμός κατανάλωσης καυσίμων αποτελούν μείζονα θέματα προς επίλυση. Αξιοποιώντας την διεθνή βιβλιογραφία και θεμελιώδη ρευστομηχανικά φαινόμενα, πραγματοποιήθηκε μια προσπάθεια βελτίωσης των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών μιας ήδη υπάρχουσας πτέρυγας αεροσκάφους, μέσω επιφανειακής τροποποίησης της suction πλευράς της. Συγκεκριμένα, στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αύξηση της αεροδυναμικής απόδοσης της πτέρυγας, μέσω της προσθήκης εξογκωμάτων ή μέσω του ανοίγματος εσοχών σε δύο διαφορετικά μεγέθη και τοποθετημένα σε συγκεκριμένες θέσεις πάνω στην επιφάνεια της πτέρυγας. Ερμηνεύοντας τα αποτελέσματα CFD προσομοιώσεων, εξάγουμε συμπέρασμα για το αν η ιδέα αυτή έχει αποβεί αποτελεσματική. Ο σχεδιασμός των γεωμετριών έγινε με χρήση του CATIA V5 και του Spaceclaim ενώ η μέθοδος κατασκευής πλέγματος επιλέχθηκε να είναι η Poly-Hexcore της τεχνολογίας Ansys Mosaic Meshing. Οι CFD προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν επιλέγοντας RANS μοντέλο τύρβης και συγκεκριμένα το k-ω SST, για ταχύτητα προσγείωσης 7 m/s. Για την προσομοίωση συνθηκών πυρκαγιάς επιλέχθηκε διφασική ροή αέρα-σωματιδίων ανθρακίτη, χρησιμοποιώντας το μοντέλο DPM και προσέγγιση Euler-Lagrange. Για την επιβεβαίωση ορθότητας των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε πείραμα στην αεροσήραγγα του εργαστηρίου για τρία αντιπροσωπευτικά για κάθε τροποποίηση, υπό κλίμακα, μοντέλα, που κατασκευάστηκαν μέσω 3D εκτύπωσης. Για λόγους ασφαλείας η διφασική ροή στο πείραμα προσομοιώθηκε ως ροή αέρα-σωματιδίων άμμου. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα δείχνουν πως η προσθήκη εξογκωμάτων στην επιφάνεια έχει αρνητική επίδραση στην αεροδυναμική συμπεριφορά της αρχικής πτέρυγας, ενώ οι πτέρυγες με εσοχές παρουσιάζουν πιο αισιόδοξα νούμερα. Η πτέρυγα με εξογκώματα διαμέτρου 5 χιλιοστών στο 40% της χορδής παρουσίασε την πιο έντονα αρνητική συμπεριφορά ενώ στην περίπτωση των εσοχών, αυτή με 2,5 χιλιοστά διάμετρο, στο 40% της χορδής είχε την μεγαλύτερη βελτίωση στην αεροδυναμική απόδοση. Η πορεία των σωματιδίων ανθρακίτη δείχνει να μην επηρεάζεται από την ύπαρξη επιφανειακής ανωμαλίας, αλλά επηρεάζεται από την αύξηση γωνίας προσβολής. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα είναι σχετικά κοντά με τα πειραματικά, με κάποιες αποκλίσεις λόγω των συνθηκών πειράματος και της διάταξης της διφασικής ροής. Καταλήγουμε στο ότι οι CFD προσομοιώσεις αποτελούν ισχυρό εργαλείο στα χέρια του μηχανολόγου μηχανικού, καθώς δίνεται η δυνατότητα προκαταρκτικής μελέτης και οπτικοποίησης συνθηκών, όπως μια πυρκαγιά, που είναι αδύνατο να μελετηθούν επί του πρακτέος. In the aeronautics industry, increasing the range of an aircraft and reducing fuel consumption are major issues to be solved. Based on some previous studies on this subject, an attempt to improve the aerodynamic characteristics of an existing UAV aircraft wing, was made. More specifically, this improvement was tried to be carried out through the addition of bumps or dimples in two different sizes and placed in specific positions on the suction side of the wing. The geometries that we used for the simulation was designed using CATIA V5 and Spaceclaim while Poly-Hexcore method of Ansys Mosaic Meshing technology was used for the meshing part. The CFD simulations were performed using SST k-ω turbulence model, for a landing speed of 7 m/s. For the simulation of fire conditions, a two-phase flow of air and anthracite particles was selected, using the DPM model and Euler-Lagrange method. To validate the results obtained from the simulation, an experiment was carried out in the wind tunnel of the laboratory for three, 3D printed, scaled wings, the most significant ones from all configurations. For safety reasons, the two-phase flow in the experiment was simulated as air-sand particle flow. The computational results showed that the addition of bumps on the surface has a negative effect on the aerodynamic behavior of the original wing, while the dimpled wings are proved to be more optimistic. The wing with 5 mm diameter bumps at 40% of the chord showed the greatest rate of reduction, while the one with 2.5 mm diameter dimples at 40% of the chord had the greatest improvement in aerodynamic performance. The path of the anthracite particles seems to be unaffected by the presence of a surface modification but is affected by increasing angle of attack. The computational results are relatively close to the experimental ones, with some deviations due to the experimental conditions and the two-phase flow equipment. We conclude that CFD simulations are very useful for a mechanical engineer, as it enables preliminary study and visualization of conditions, such as a fire, that are impossible to study at the time they occur. 2023-02-28T06:17:45Z 2023-02-28T06:17:45Z 2023-03-09 https://hdl.handle.net/10889/24585 el application/pdf |
