Βασικός σχεδιασμός πτέρυγας και επιλογή αεροτομής twin-turboprop επιβατηγού αεροσκάφους και μελέτη των αεροδυναμικών της χαρακτηριστικών
| datacite.contributor.Supervisor | Κωστόπουλος, Βασίλειος | |
| dc.contributor.author | Μπουράμας, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.other | Bouramas, Konstantinos | |
| dc.date.accessioned | 2024-07-01T10:33:52Z | |
| dc.date.available | 2024-07-01T10:33:52Z | |
| dc.date.issued | 20024-07-01 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η διαδικασία σχεδιασμού, ανάλυσης και βελτίωσης των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών μιας πραγματικής πτέρυγας, ενός twin-turboprop επιβατηγού αεροσκάφους, αποτελεί μια συνθετική, επαναληπτική διαδικασία, η οποία απαιτεί πολλαπλά στάδια για την ανάπτυξη και εκτέλεσή της. Η επαναλαμβανόμενη τριβή με την ρευστομηχανική (και ειδικότερα, αεροδυναμική) θεωρία, είναι προαπαιτούμενη για την ορθή κατανόηση των ροϊκών φαινομένων που αναπτύσσονται γύρω από μία πτέρυγα αεροσκάφους και τον συνεπή σχεδιασμό κι ανάλυσή της. Ο ίδιος ο βασικός σχεδιασμός της πτέρυγας, βασίζεται στην πρόβλεψη του συνολικού -και των επιμέρους- βαρών του αεροσκάφους από τις δοθείσες προδιαγραφές αυτού και την συνακόλουθη εφαρμογή κριτηρίων αεροπορικών κανονισμών, για την ορθή διαστασιολόγηση της επιφάνειας της πτέρυγας. Χρησιμοποιώντας δεδομένα παρεμφερών (turboprop) αεροσκαφών και προβλέποντας τις μέγιστες τιμές του αεροδυναμικού συντελεστή άντωσης που επιδιώκεται, εκλέγονται επιμέρους χαρακτηριστικά, όπως ο λόγος διατάματος, η οπισθόκλιση, η εκλέπτυνση ή πιθανή συστροφή της πτέρυγας, προτού γίνει εφικτή η επιλογή της κατάλληλης αεροτομής, που θα την απαρτίζει. Για την δεδομένη αεροτομή, εκτελείται κατόπιν προκαταρκτικός σχεδιασμός, με σκοπό πρώτα την επιβεβαίωση των αεροδυναμικών της χαρακτηριστικών και μετέπειτα, πιθανή βελτίωσή τους. Μελέτη ευαισθησίας πλέγματος, διενεργείται με χρήση μιας απλούστερης -και ευρέως διαδομένης αεροτομής- όπως η συμμετρική NACA 0012, για την οποία υπολογίζονται οι αεροδυναμικοί της συντελεστές σε πολλαπλές γωνίες προσβολής, συγκρινόμενες με πειραματικά δεδομένα για διαφορετικά πλέγματα, μοντέλα και παραμέτρους τύρβης. Με δεδομένη την εκλογή ενός συνδυασμού πλέγματος, μοντέλου τύρβης και παραμέτρων αυτού για το εν λόγω ροϊκό πεδίο, είναι εφικτή η αεροδυναμική ανάλυση της επιλεγείσας αεροτομής, με επαναληπτικό αλγόριθμο, ώστε να προσδιοριστούν οι γωνίες προσβολής της, κατά την φάση της κυρίως πτήσης, που θα προσφέρουν στο αεροσκάφος την απαιτούμενη άντωση για την εξισορρόπηση του βάρους του. Στις γωνίες αυτές, υπολογίζονται οι αεροδυναμικοί συντελεστές άντωσης και αντίστασης και επιχειρείται τέλος η βελτίωση τους, με την εισαγωγή διατάξεων μείωσης της αναπτυσσόμενης τυρβώδους οπισθέλκουσας, όπως οι ριμπλέτες (riblets). Η επίδραση των ριμπλετών εξετάζεται κατά την φάση της κυρίως πτήσης, όπου η δυνητική μείωση της οπισθέλκουσας που αυτές προκαλούν, έχει σημαντικό αντίκτυπο στην μείωση της απαιτούμενης ισχύος -και κατ’ επέκταση του βάρους καυσίμου- του αεροσκάφους. | |
| dc.description.translatedabstract | The design, analysis and enhancement of the aerodynamic characteristics of a full-scale wing, employed on a twin-turboprop commercial aircraft, requires a synthetic, repetitive process, with multiple stages for the development and execution of it. The recurrent rubbing with the fluid mechanics principles of said case, is a prerequisite for a through understanding of the phenomena, which occur in the flow field, around an airplane wing. The wing’s conceptual design starts with the prediction of the total weight of the aircraft -along with that of its individual components- based on given specifications for its flight profile. This prediction, along with the employment of various aviation regulatory criteria, are combined to obtain the correct dimensioning of the wing. Using data sets, of the specifications of wings used by similar aircraft and defining the maximum lift coefficient needed, it’s possible to evaluate certain secondary wing characteristics, such as its Aspect Ratio, Sweep Angle, Taper Ratio or Twist. Finally, then, the appropriate airfoil for use on said wing is chosen. A preliminary design is conducted for the selected airfoil, to evaluate, confirm and possibly enhance its aerodynamic characteristics. A Mesh Independent Study is conducted, using a simpler -and more widely applicable airfoil- like the symmetrical NACA 0012. Its aerodynamic coefficients are calculated for various angles of attack and different meshes, combining several turbulent models and refining their parameters. The calculated results are then contradistincted with experimental reference data. Having defined the applicable combination of mesh and turbulence parameters, it’s possible to conduct the aerodynamic analysis of the selected airfoil, to determine, via the use of a repetitive algorithm, the necessary angles of attack, providing the required amount of lift, which balances out the aircraft’s weight, during the main flight stage. The aerodynamic coefficients of the airfoil are then recalculated at the now determined angles of attack, for them to be bettered, using drag reduction arrangements, such as riblets. The effect of riblets on aerodynamic performance is examined only for the main flight phase of the flight profile, when their impact on lowering the overall fuel weight of the aircraft can be felt. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/27321 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 United States | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/us/ | |
| dc.subject | Επιβατηγό αεροσκάφος | |
| dc.subject | Βασικός σχεδιασμός πτέρυγας | |
| dc.subject | Αεροδυναμική ανάλυση αεροτομής | |
| dc.subject | Τυρβώδη οριακά στρώματα | |
| dc.subject | Ριμπλέτες | |
| dc.subject.alternative | Twin-Turboprop | |
| dc.subject.alternative | Commercial aircraft | |
| dc.subject.alternative | Wing conceptual design | |
| dc.subject.alternative | Airfoil aerodynamic analysis | |
| dc.subject.alternative | Turbulent boundary layers | |
| dc.subject.alternative | Riblets | |
| dc.title | Βασικός σχεδιασμός πτέρυγας και επιλογή αεροτομής twin-turboprop επιβατηγού αεροσκάφους και μελέτη των αεροδυναμικών της χαρακτηριστικών | |
| dc.title.alternative | Conceptual design, airfoil selection and aerodynamic analysis of twin-turboprop aircraft wing |