Coupled aero-structural shape optimization of adaptive wing structures based on SMA-enabled morphing technologies
| datacite.contributor.RelatedPerson | Λούτας, Θεόδωρος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πολύζος, Δημοσθένης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κωστόπουλος, Βασίλειος | |
| dc.contributor.author | Ηλιόπουλος, Θεόδωρος | |
| dc.contributor.other | Iliopoulos, Theodoros | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-23T05:29:24Z | |
| dc.date.available | 2026-06-23T05:29:24Z | |
| dc.date.issued | 2026-06-22 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | In the current state of design work frames, aircraft are optimized for a limited number of design points or phases of their flight mission, while their performance is , at an extent, compromised for the rest of their flight envelope. To address this problem, the idea of morphing technologies has emerged. Morphing technologies essentially enable an aircraft to adapt its shape, in flight, in order to achieve optimal performance for a variety of flight missions and conditions. Nonetheless, morphing technologies have an inherent multidisciplinary nature that hinders their feasibility. For this reason, the coupling of these disciplines, and especially aerodynamics and structural, is critical for the exploration of morphing concepts. This thesis presents an overview of the evolution of morphing technologies as well as the latest studies that have demonstrated their feasibility and describes an aerodynamic methodology for generating morphing concepts and analyzing them, based on a low-fidelity potential aerodynamics. Additionally, a coupled structural analysis is conducted so as to combine the two most critical disciplines involved in such technologies. The aerodynamic methodology includes a custom-built tool that utilizes the Morino formulation, in which the flow is modelled with a low order source-doublet panel method. The development of such tool facilitated easy grid manipulation which was aimed at modelling a variety of morphing concepts. The grid manipulation was realized according to specific morphing laws that were defined to mathematically represent the deformation corresponding to a specific morphing concept, mostly involving the trailing edge. Multiple aerodynamic analyses were conducted for a wing and proved the reliability, accuracy, and robustness of the tool. A morphing trailing edge case was examined in more detail and its performance was compared with the equivalent conventional flap. The aerodynamic analyses showcased the performance improvements that morphing offers as well as the feasibility of certain morphing concepts. Apart from the aerodynamic analyses, several structural analyses were conducted for the morphing trailing edge so as to examine the structural behavior of such concept. Essentially, the coupling of both disciplines though these analyses, provides an initial preliminary investigation for morphing concepts. | |
| dc.description.translatedabstract | Στην τωρινή κατάσταση των σχεδιαστικών μεθόδων, τα αεροσκάφη είναι βελτιστοποιημένα για έναν περιορισμένο αριθμό σχεδιαστικών σημείων ή φάσεων πτήσης, ενώ η απόδοση τους υποβαθμίζεται για τα υπόλοιπα σημεία του φάκελου πτήσης τους. Οι τεχνολογίες προσαρμοζόμενης γεωμετρίας αποσκοπούν στην λύση αυτού του προβλήματος. Ουσιαστικά, οι τεχνολογίες προσαρμοζόμενης γεωμετρίας καθιστούν δυνατή την προσαρμογή του σχήματος, κατά την πτήση, με σκοπό την επίτευξη βέλτιστης απόδοσης για ένα εύρος αποστολών αλλά και συνθηκών πτήσης. Παρόλο αυτά, αυτές οι τεχνολογίες χαρακτηρίζονται ως διεπιστημονικές, γεγονός που δυσχεραίνει την πραγματοποίηση τους. Για αυτόν τον λόγο, η σύζευξη των διεπιστημονικών πεδίων, ειδικά της αεροδυναμικής και της δομικής μηχανικής, είναι απαραίτητη για την ανάλυση των περιπτώσεων με προσαρμοζόμενη γεωμετρία. Η παρούσα διπλωματική παρουσιάζει μία συνολική επισκόπηση της εξέλιξης των τεχνολογιών προσαρμοζόμενης γεωμετρίας καθώς και τις πρόσφατες έρευνές που έχουν αναδείξει την εφικτότητα τους. Ακόμη, περιγράφεται μια αεροδυναμική μεθοδολογία για την δημιουργία και ανάλυση προσαρμοζόμενων γεωμετριών, η οποία βασίζεται σε χαμηλής πιστότητας αεροδυναμικές θεωρίες. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει την ανάπτυξη ενός υπολογιστικού εργαλείου που εκμεταλλεύεται την θεώρηση Morino που σύμφωνα με αυτή η ροή μοντελοποιείται με χαμηλής τάξης panel μέθοδο που χρησιμοποιεί κατανομές πηγών και δίπολων. Ο τρόπος ανάπτυξης αυτού του εργαλείου δίνει την δυνατότητα για εύκολο χειρισμό του γεωμετρικού πλέγματος και άρα επιτρέπει την μοντελοποίηση διάφορων περιπτώσεων προσαρμοζόμενης γεωμετρίας. Ο χειρισμός του πλέγματος πραγματοποιείται με βάση συγκεκριμένους κανόνες οι οποίοι συσχετίζουν την απαιτούμενη γεωμετρική μεταβολή μέσω μαθηματικών σχέσεων. Η αξιοπιστία, η ακρίβεια, και η ευρωστία του υπολογιστικού εργαλείου επικυρώθηκαν από μία σειρά αεροδυναμικών αναλύσεων σε μία πτέρυγα. Η περίπτωση ενός προσαρμοζόμενου χείλους εκφυγής αναλύθηκε λεπτομερώς ενώ η απόδοση του συγκρίθηκε με την απόδοση του αντίστοιχου συμβατικού πτερυγίου καμπυλότητας. Τα αποτελέσματα αυτών των αναλύσεων ανέδειξαν την βελτιωμένη απόδοση των προσαρμοζόμενων γεωμετριών καθώς και την εφικτότητα συγκεκριμένων διατάξεων. Πέρα από αεροδυναμικές αναλύσεις, η περίπτωση του προσαρμοζόμενου χείλους εκφυγής εξετάσθηκε και δομικά, με σκοπό να εξεταστεί η δομική συμπεριφορά της. Ουσιαστικά, η σύζευξη των δύο επιστημονικών πεδίων (αεροδυναμική – δομική μηχανική) αποτελεί ένα προκαταρκτικό πλαίσιο για την μοντελοποίηση και μελέτη διάφορων πιθανών περιπτώσεων προσαρμοζόμενης γεωμετρίας. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32023 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | Attribution 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Morphing wings | |
| dc.subject | Panel methods | |
| dc.subject | Morphing trailing edge | |
| dc.subject | Coupling | |
| dc.subject | Optimal shape | |
| dc.subject.alternative | Πτέρυγες προσαρμοζόμενης γεωμετρίας | |
| dc.subject.alternative | Μέθοδοι πάνελ | |
| dc.subject.alternative | Προσαρμοζόμενο πτερύγιο εκφυγής | |
| dc.subject.alternative | Σύζευξη | |
| dc.subject.alternative | Βέλτιστο σχήμα | |
| dc.title | Coupled aero-structural shape optimization of adaptive wing structures based on SMA-enabled morphing technologies | |
| dc.title.alternative | Συζευγμένη αεροδυναμική και δομική βελτιστοποίηση σχήματος προσαρμοζόμενων πτερύγων βασισμένων σε τεχνολογίες morphing |