Υπολογιστική μελέτη επίδρασης γεννητριών δινών σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος
| datacite.contributor.RelatedPerson | Παπαδόπουλος, Πολύκαρπος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Βούρος, Ανδρέας | |
| datacite.contributor.Supervisor | Μάργαρης, Διονύσιος-Ελευθέριος | |
| dc.contributor.author | Ζουγιανός, Βασίλειος | |
| dc.contributor.other | Zougianos, Vasileios | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-07T07:30:55Z | |
| dc.date.available | 2026-07-07T07:30:55Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-07 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η ολοκλήρωση του βασικού σχεδιασμού κάθε αεροχήματος αποτελεί το σημείο εκκίνησης της διαδικασίας βελτιστοποίησης αυτού του σχεδιασμού. Έτσι, κάθε αερόχημα προσανατολίζεται, κατ’ αρχήν, στην ικανοποίηση ενός συνόλου επιχειρησιακών απαιτήσεων. Κατόπιν, εξετάζονται ποικίλοι τρόποι με τους οποίους δύναται να βελτιωθούν οι επιδόσεις του εκάστοτε αεροχήματος έχοντας πάντα ως γνώμονα τις επιχειρησιακές απαιτήσεις. Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η βελτίωση της αεροδυναμικής απόδοσης της πτέρυγας, που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί σε ένα Μη Επανδρωμένο Αερόχημα (ΜΕΑ) μικρού μεγέθους, με χρήση κατάλληλα διαμορφωμένων γεννητριών δινών. Οι συγκεκριμένες διατάξεις συμβάλλουν στον παθητικό έλεγχο του οριακού στρώματος. Συγκεκριμένα, η χρήση των γεννητριών δινών στοχεύει στη μεταφορά ορμής και ενέργειας από την εξωτερική αδιατάρακτη ροή, προς το οριακό στρώμα που σχηματίζεται γύρω από την πτέρυγα. Ως αποτέλεσμα, το οριακό στρώμα καθίσταται ανθεκτικότερο στην αποκόλληση που προκύπτει από τη θετική κλίση πίεσης άνωθεν της πτέρυγας. Ταυτόχρονα, επιτυγχάνεται καθυστέρηση στην εμφάνιση των φαινομένων απώλειας στήριξης. Αρχικά σχεδιάστηκε, με χρήση του λογισμικού ANSYS DesignModeler, η αρχική διαμόρφωση της πτέρυγας. Στη συνέχεια, με το ίδιο λογισμικό σχεδιάστηκε το υπολογιστικό πεδίο που χρησιμοποιήθηκε στις υπολογιστικές προσομοιώσεις. Κατόπιν έγινε μελέτη της αρχικής πτέρυγας σε ταχύτητα αδιατάρακτης ροής ίση με 10 𝑚/𝑠 σε συνολικά έξι διαφορετικές γωνίες προσβολής (0°,4°,8°,12°,16° και 20°). Μετά την πλήρη μελέτη της αρχικής πτέρυγας και λαμβάνοντας υπόψη σχετικές μελέτες σχετικά με την επίδραση των γεννητριών δινών, σχεδιάστηκαν με το άνωθεν λογισμικό και μελετήθηκαν διαδοχικά, συνολικά πέντε διαφορετικές διαμορφώσεις γεννητριών δινών. Με το πέρας του σχεδιασμού κάθε διαμόρφωσης, συμπεριλαμβανομένης και της αρχικής πτέρυγας, η γεωμετρία εισαγόταν στο λογισμικό ANSYS Fluent Meshing για την κατασκευή των υπολογιστικών πλεγμάτων με τη μέθοδο Poly-Hexcore της τεχνολογίας ANSYS Mosaic Meshing.H υπολογιστική μοντελοποίηση της ροής του αέρα γύρω από την πτέρυγα, έγινε επίσης με το λογισμικό ANSYS Fluent εφαρμόζοντας το μοντέλο τύρβης Shear Stress Transport (SST) 𝑘−𝜔. Το μοντέλο τύρβης SST 𝑘−𝜔 θεωρήθηκε το καταλληλότερο για την συγκεκριμένη εφαρμογή καθώς συνδυάζει σχετικά μειωμένο υπολογιστικό κόστος με επαρκή ικανότητα μοντελοποίησης της ροής γύρω από την πτέρυγα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνιστούν ότι, η χρήση γεννητριών δινών έχει ευεργετικά αποτελέσματα στην αεροδυναμική απόδοση της πτέρυγας. Ωστόσο, απαιτείται πολύ προσεκτικός σχεδιασμός της εκάστοτε διαμόρφωσης διότι, όπως σε όλες τις μεθόδους παθητικού ελέγχου του οριακού στρώματος, η οποιαδήποτε ευεργετική επίδραση κάθε διαμόρφωσης προκύπτει σε ένα στενό φάσμα συνθηκών λειτουργίας. | |
| dc.description.translatedabstract | The completion of the preliminary design of any aircraft constitutes the starting point of the optimization process. Initially, every aircraft is developed to satisfy a specific set of operational requirements. Subsequently, various methods are investigated to improve its performance, always in alignment with these operational requirements. The objective of the present diploma thesis is the enhancement of the aerodynamic performance of a wing intended for use on a small-scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV), through the implementation of appropriately configured vortex generators. These devices contribute to the passive control of the boundary layer. Specifically, the use of vortex generators aims to transfer momentum and energy from the outer, undisturbed flow, into the boundary layer formed around the wing. As a result, the boundary layer becomes more resistant to separation caused by the adverse pressure gradient over the upper surface of the wing. At the same time, a delay in the onset of stall phenomena is achieved. Initially, the baseline wing configuration was designed using ANSYS DesignModeler. Subsequently, the computational domain used for the numerical simulations was created using the same software. The baseline wing was then studied at a freestream velocity of 10 𝑚/𝑠 for six different angles of attack (0°, 4°, 8°, 12°, 16°, and 20°). Following the complete analysis of the baseline wing, and taking into consideration relevant studies concerning the effect of vortex generators, five different vortex generator configurations were designed and examined successively. After the design of each configuration, including the baseline wing, the geometry was imported into ANSYS Fluent Meshing for mesh generation using the Poly-Hexcore method of ANSYS Mosaic Meshing technology. The computational modeling of the airflow around the wing was also performed using ANSYS Fluent, applying the Shear Stress Transport (SST) 𝑘–𝜔 turbulence model. The SST 𝑘–𝜔 turbulence model was considered the most appropriate for this application, as it provides a reasonable balance between computational cost and adequate capability in modeling the flow around the wing. The results obtained indicate that the use of vortex generators has beneficial effects on the aerodynamic performance of the wing. However, very careful design of each configuration is required because, as with all passive boundary layer control methods, any beneficial effect is observed within a relatively narrow range of operating conditions. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32347 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.subject | Αεροδυναμική απόδοση | |
| dc.subject | Οριακά στρώματα | |
| dc.subject | Γεννήτριες δινών | |
| dc.subject | Υπολογιστική ρευστοδυναμική | |
| dc.subject.alternative | Aerodynamic efficiency | |
| dc.subject.alternative | Boundary layers | |
| dc.subject.alternative | Vortex generators | |
| dc.subject.alternative | Computational fluid dynamics (CFD) | |
| dc.subject.alternative | Unmanned aerial vehicles (UAVs) | |
| dc.subject.alternative | ANSYS fluent | |
| dc.subject.alternative | Poly-hexcore | |
| dc.title | Υπολογιστική μελέτη επίδρασης γεννητριών δινών σε πτέρυγα μη επανδρωμένου αεροχήματος | |
| dc.title.alternative | Computational study of the effect of vortex generators on an unmanned aerial vehicle wing |